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      摘要: 針對(duì)激光切割機(jī)切割頭支架加工精度不穩(wěn)定問題，分析得出當(dāng)前設(shè)備和夾具是產(chǎn)生加工誤差的主要原因; 通過更換加工設(shè)備和專用夾具，使得產(chǎn)品合格率提高到 97% ，加工成本降到原來的61% ，減少了對(duì)高性能機(jī)床的依賴，極大提高了經(jīng)濟(jì)效益，且在同類零件加工中具有一定的推廣價(jià)值。
  
     關(guān)鍵詞: 加工中心; 夾具設(shè)計(jì); 加工工藝; 激光切割機(jī)
 
     0 引言
 
    激光切割機(jī)是一種新型的切割工具，采用不可見的光束代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械刀，具有切割速度快，加工精度高，加工成本低等特點(diǎn)。切割頭支架( 以下簡(jiǎn)稱為支架) 是組成激光切割機(jī)的關(guān)鍵部件，其加工與組裝精度直接影響到切割的精度。蘇州某激光有限公司有多年的激光切割機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，支架零件的月需求量在200 ～ 300 件之間，因受公司設(shè)備工藝的限制，一直采用外包的生產(chǎn)方式，但支架零件精度不穩(wěn)定，加工費(fèi)用昂貴。為提高經(jīng)濟(jì)效益及支架質(zhì)量穩(wěn)定性，公司決定優(yōu)化加工工藝的方法，完成該支架零件的加工。本文
通過對(duì)機(jī)床、夾具、刀具等方面進(jìn)行分析與研究，提出了解決該問題的有效辦法。
 
     1 、支架加工技術(shù)分析
 
     支架零件如圖 1 所示，有兩處尺寸直接對(duì)設(shè)備精度造成影響，一個(gè)是平面度 0． 02mm，另一個(gè)是長(zhǎng)度800－ 0． 02mm，這兩尺寸與工件的底面夾角均為 45°，受支架結(jié)構(gòu)影響，加工精度難以保證［1］。
  
  

    
                            圖 1 支架零件圖
  
  

     
         圖 2 毛坯零件圖
 
     根據(jù)市場(chǎng)鋁材的規(guī)格，支架毛坯選用 70mm 厚度的 LY12 板材，經(jīng)鋸割后的尺寸為 226 × 185 × 70mm，用銑床銑削六個(gè)平面尺寸到 216 × 180 × 68mm，制作 4個(gè)工藝孔［2］，如圖 2 所示，再采用四軸加工中心完成，原加工工序如表 1 所示。
 
           表 1 支架原加工工序( 四軸加工中心)
    
  
     由表 1 可見，前期制作的毛坯利用 4 個(gè)吊緊螺絲通過制作的工藝孔固定于如圖 3 所示的夾具上，在四軸加工中心 A 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)下，能夠完成支架各部位的加工［3-4］，主要加工工序分為三個(gè)階段。
 
     ( 1) A = 0°在第四軸 A = 0 時(shí)，利用端銑刀完成外輪廓的粗精加工，再用定位鉆、鉆頭和絲錐完成 5 個(gè) M6 螺紋的加工。
     ( 2) A = 45°在第四軸 A = 45°時(shí)，原 45°斜平面理論上已經(jīng)成為水 平 面，利用面銑刀完成平面銑削，保 證 平 面 度0. 02mm 達(dá) 到 圖 樣 要 求; 再 用 端 銑 刀 粗、精 加 工 輪廓［5］，確保尺寸精度在 800－0． 02 mm 公差范圍內(nèi)。
     ( 3) A = 180°在第四軸 A = 180°時(shí)，主要是利用定位鉆和鉆頭完成剩下的 3 個(gè) M6 螺紋的底孔加工，為手動(dòng)攻絲完成最后的工序做好準(zhǔn)備。
 
     2 、影響因素分析
 
     通過以上三個(gè)環(huán)節(jié)，利用四軸加工中心能夠完成支架零件的加工。通過對(duì)原加工工序及檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，得出以下兩個(gè)方面是影響加工精度的主要因素:
 
    ( 1) 如圖 3所示，受支架零件本 身 結(jié) 構(gòu) 的影響，夾具安裝于 A 軸轉(zhuǎn)臺(tái)，沿著 A 軸方向尺寸越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度及剛性對(duì)加工精度的影響會(huì)隨之放大;
  
     
          圖3 四軸裝夾加工狀態(tài)圖
 
    ( 2) A 軸轉(zhuǎn)臺(tái)依靠三爪卡盤夾緊夾具，三爪卡盤使用久了，隨著卡盤的磨損三爪會(huì)出現(xiàn)喇叭口狀，三爪也會(huì)慢慢偏離 A 軸轉(zhuǎn)臺(tái)中心，由夾具影響到支架，造成支架的形位公差增大，精度難以保證［6］。
  
    3 、支架夾具設(shè)計(jì)及加工
 
    綜上所述，在原方案中，支架零件在四軸加工中心上能夠完成加工，但加工誤差難以避免，且目前該公司只有兩臺(tái)三軸的加工中心，不具備四軸加工能力，如在現(xiàn)有的立式加工中心上完成該支架的加工，需從工藝著手提出新的加工方案，以解決該項(xiàng)加工難點(diǎn)。
 

             圖4 新工藝夾具零件圖
 
    經(jīng)過研究，新工藝在 A =0°和180°時(shí)采用精密機(jī)用平口鉗裝夾，在A =45°時(shí)，需設(shè)計(jì)專用夾具來實(shí)現(xiàn)。此處有兩個(gè)問題需要 解 決，一是支架的半成品夾具設(shè)計(jì) 定 位 問題; 二 是 支架半成品的工件坐標(biāo)系設(shè)定及對(duì)刀問 題［7］，參考支架在四軸上的加工狀態(tài)，設(shè)計(jì)了如圖4 所示的夾具［8］，該夾具左右兩側(cè)設(shè)置了壓板槽，可利用壓板固定于加工中心工作臺(tái)，夾具實(shí)物如圖5 所示，設(shè)置了兩個(gè)側(cè)面( 定位面Ⅰ、定位面Ⅱ) 作為定位面，與支架半成品已加工的臨近兩側(cè)面對(duì)應(yīng)，4 個(gè)螺絲吊緊固定，夾具的左前點(diǎn)作為對(duì)刀位置，按照?qǐng)D 3 中的尺寸，只要加工前對(duì)刀時(shí)輸入夾具和支架相應(yīng)的數(shù)據(jù)( 在夾具設(shè)計(jì)之初考慮) 就能完成工件坐標(biāo)系的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝置的自動(dòng)加工［9］。
 
    夾具毛坯材料采用 Q235，具體加工工序如表 2 所示，先將夾具毛坯放置于 90°的 V 型鐵中，再用精密機(jī)用平口鉗夾持毛坯的兩個(gè)側(cè)面，完成 45°面、A 面、定位面和螺紋孔的加工。需要加工的 45°斜面基本處于水平狀態(tài)，保證了該斜面的加工精度和表面質(zhì)量，即使 V型鐵存在誤差，也影響不了 A 面與 45° 面的夾角 精度［10］。其次，利用已加工 A 面定位，平口鉗夾持兩側(cè)面，完成 B 面加工; 最后，平口鉗夾持 A、B 面，完成壓板槽的加工。
 
                     表 2 夾具的加工工序
    
  
  
     4 、對(duì)比分析
 
    兩種加工方案比較，主要有以下幾點(diǎn)區(qū)別:
 
    ( 1) 原方案中設(shè)備采用了四軸加工中心，新方案根據(jù)支架結(jié)構(gòu)制作了新夾具，采用了常規(guī)的三軸加工中心，減少了對(duì)高性能機(jī)床的依賴。如圖 6 所示，支架在三軸加工中心加工狀態(tài)圖。
 

        圖 5 夾具實(shí)物圖  圖         6 支架加工圖
   
    2) 新方案利用了公司閑置機(jī)床，盤活了固定資產(chǎn)，原外包單個(gè)支架零件加工費(fèi)用為 1380 元，現(xiàn)公司自己生產(chǎn)，成本僅為 850 元，此項(xiàng)每年為公司綜合節(jié)約資金約 150 萬，有效提高了經(jīng)濟(jì)效益。
 
    ( 3) 因公司采用專人生產(chǎn)，尺寸精度得到大幅度提高。經(jīng)三坐標(biāo)檢測(cè)，支架零件合格率達(dá)到 97% ，排除了外包加工帶來的精度不穩(wěn)定和交貨時(shí)間難以保證等不利因素，提高了激光切割機(jī)的加工精度，使產(chǎn)品品質(zhì)得到了保證。
 
    5 、結(jié)束語
 
    加工工藝在生產(chǎn)中占有極其重要的地位，根據(jù)支零件的特殊結(jié)構(gòu)，利用三軸加工中心和夾具的組合，減少了對(duì)高性能機(jī)床的依賴。制訂了適合現(xiàn)有加工設(shè)備的加工工藝，不但使支架的加工精度得以保證，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，協(xié)助該企業(yè)取得較大的經(jīng)濟(jì)效益，完成了既定的生產(chǎn)目標(biāo)，保障了激光切割機(jī)的品質(zhì)，在同類零件加工中具有一定的推廣價(jià)值。