根據(jù)十字形零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工難點(diǎn)，對(duì)原材料、熱處理和機(jī)械切削逐一進(jìn)行了分析。通過(guò)合理的工藝設(shè)計(jì)，采用粗精加工和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的方法，避免了加工過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題。

1前言

煙草機(jī)械是一種特殊設(shè)備，是按訂單投入生產(chǎn)的。零件的生產(chǎn)批量一般小于5件/批，屬于多品種小批量離散加工?！癤”部分是連接到濾棒成型裝置中刀頭組件中心的傳動(dòng)部分。設(shè)備工作時(shí)，帶動(dòng)刀盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)精度要求很高。零件的精度直接影響刀頭的動(dòng)平衡和卷煙濾棒的切割質(zhì)量。

2加工難點(diǎn)分析

它是一個(gè)十字形零件的三維模型，整個(gè)零件為中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，材料為20CrMnTi。圖2顯示了十字形零件的加工尺寸要求(局部)。零件周?chē)兴膫€(gè)φ18.27h4樞軸。樞軸垂直度和同軸度0.01mm，樞軸與零件側(cè)壁垂直度0.01mm，樞軸要求局部滲碳淬火，淬火后硬度58 ~ 63 HRC，設(shè)計(jì)精度高，材料加工難度大。零件下料尺寸為φ220mm×66mm，加工過(guò)程中金屬去除率達(dá)到91%。材料去除量大，加工變形不易控制。

3粗加工和半精加工工藝流程

滲碳是金屬材料常用的熱處理工藝，它可以使低碳鋼工件具有高碳鋼表層，然后通過(guò)淬火和低溫回火，使工件表層具有較高的硬度和耐磨性，而工件中心部分仍保持低碳鋼的韌性和塑性。這種熱處理方法由滲碳和淬火兩部分組成。在淬火過(guò)程中，只有早期滲碳區(qū)域的硬度會(huì)發(fā)生較大變化。對(duì)于有局部滲碳淬火要求的零件，可以在加工過(guò)程中對(duì)整個(gè)零件進(jìn)行滲碳，然后去除非淬火區(qū)域的滲碳層，再進(jìn)行淬火，從而達(dá)到局部淬火的目的[1]。

四個(gè)支點(diǎn)要求局部滲碳淬火硬度為58 ~ 63 HRC，滲碳層深度DC為1.2 ~ 1.4 mm..為了便于后續(xù)的加工，四個(gè)支點(diǎn)的硬度要達(dá)標(biāo)，而零件其他部位的硬度不會(huì)發(fā)生變化。因此，有必要通過(guò)控制滲碳區(qū)來(lái)控制淬火區(qū)的硬度。由于滲碳層深度DC要求為1.2 ~ 1.4 mm，滲碳前的粗加工必須保證非淬火表面的加工余量大于1.4 mm。同時(shí)，為了最大限度地消除粗加工產(chǎn)生的應(yīng)力集中，考慮了中間零件粗加工和人工時(shí)效的方式。

加工后零件周邊側(cè)壁的最終尺寸為110mm×70mm。為了控制滲碳面積，將中間件的外周側(cè)壁粗加工到120mm×80mm，四個(gè)支點(diǎn)粗加工到mm，滲碳后通過(guò)半精加工，將中間件周?chē)膫?cè)壁尺寸加工到111mm×71mm，這樣就可以完全去除側(cè)壁周?chē)臐B碳區(qū)域。

4整理工藝流程

因?yàn)榫庸r(shí)四個(gè)φ18.27h4樞軸的硬度為58 ~ 63HRC，所以需要使用外圓磨削。為了保證四個(gè)樞軸的幾何公差，在磨削前，樞軸頂部60°中心孔的幾何精度應(yīng)小于0.01mm，因此必須設(shè)計(jì)專(zhuān)用工裝來(lái)保證四個(gè)樞軸頂部60°中心孔的位置精度。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)零件底部有兩個(gè)φ5E8銷(xiāo)孔，可采用一側(cè)兩銷(xiāo)的定位方式。一面兩銷(xiāo)定位是機(jī)械加工中最常用的定位方法之一，屬于完全定位。它是一種以一個(gè)平面作為第一定位基準(zhǔn)，以垂直于該基準(zhǔn)平面并與該基準(zhǔn)平面相通的兩個(gè)孔作為另外兩個(gè)基準(zhǔn)平面的定位方法。使用時(shí)，為了便于夾緊和防止過(guò)定位，兩個(gè)銷(xiāo)分別為圓柱銷(xiāo)和菱形銷(xiāo)[2]。

同時(shí)，由于零件底部四周有四個(gè)M4螺紋孔，零件在工裝上的夾緊方式是下拉夾緊，即零件一側(cè)用兩個(gè)銷(xiāo)釘定位后，用螺釘下拉四個(gè)M4螺紋將零件緊固在工裝上。

考慮到粗加工后，寬度82mm、深度7mm、兩個(gè)15°斜面的齒輪尚未加工，仍有較大余量，加工時(shí)仍有零件變形的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，φ23mm孔、φ18N7孔、φ14N7孔和四個(gè)R40mm圓弧面(見(jiàn)圖1右上四分之一圓弧)的粗加工也有零件變形的風(fēng)險(xiǎn)。為了在加工四個(gè)樞軸頂部的60個(gè)中心孔之前完全消除變形，在用平面磨床磨削兩個(gè)平面之前，需要對(duì)上述零件進(jìn)行半成品加工。對(duì)于非公差尺寸，可在平面磨床磨削前完成，不影響后續(xù)加工。為了方便平面磨床加工，在半精加工過(guò)程中，我們選擇在51mm的上下表面留0.2mm的磨削余量[3]。整理過(guò)程如表2所示。

C40U五軸加工中心在50道工序中使用工裝對(duì)51mm平板進(jìn)行調(diào)平。由于機(jī)床的定位精度誤差和工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸向圓跳動(dòng)誤差，如果不消除機(jī)床誤差，四個(gè)樞軸的60°中心孔位置可能超差，導(dǎo)致零件報(bào)廢。針對(duì)機(jī)床精度誤差的問(wèn)題，用四個(gè)樞軸加工它們的60°中心孔時(shí)，要分別建立相應(yīng)的坐標(biāo)系，即工件對(duì)準(zhǔn)雷尼紹三維測(cè)頭后， 每個(gè)面分別用雷尼紹3D測(cè)頭標(biāo)定，消除機(jī)床精度誤差，保證四個(gè)支點(diǎn)端部60個(gè)中心孔的位置誤差≤ 0.01mm，由于四個(gè)支點(diǎn)端面的垂直度為0.01mm，加工時(shí)要保證軸的外圓和端面“一刀落地”，軸的端面要用外圓磨床磨。 考慮到砂輪在磨削端面時(shí)會(huì)磨削機(jī)床頂針，為了避免頂針損壞，在工藝設(shè)計(jì)中，將四個(gè)樞軸端的60°中心孔改為60°中心孔和120°保護(hù)錐的形式，使樞軸端面與機(jī)床頂針在磨削面上有一定的間隙，避免了磨削干涉。步驟80用外圓磨床用兩個(gè)塞孔定位，磨四個(gè)φ18.27mm軸外圓，磨(150±0.05)mm和(110±0.05)mm軸端面，保證四個(gè)軸在一個(gè)平面內(nèi)的中心誤差≤0.01mm，并滿(mǎn)足其他公差要求。

在步驟90中，使用線(xiàn)切割設(shè)備在四個(gè)樞軸的端部加工1 mm× 90 V形槽。由于四根樞軸經(jīng)滲碳淬火后硬度達(dá)到58 ~ 63 HRC，難以用常規(guī)刀具實(shí)現(xiàn)銑削加工，所以采用線(xiàn)切割進(jìn)行電火花加工。如果在滲碳淬火前加工V型槽，會(huì)破壞四個(gè)樞軸的60°中心孔的形狀，導(dǎo)致加工樞軸時(shí)外圓磨床定位不準(zhǔn)。因此，V形槽必須在外圓磨床加工后進(jìn)行加工。

經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)，十字形零件的所有尺寸公差均符合圖紙要求，零件合格。

5結(jié)束語(yǔ)

前端零件的質(zhì)量對(duì)濾棒成型機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。該零件設(shè)計(jì)精度高，材料加工難度大，材料去除量大，加工變形不易控制。在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，巧妙地采取了預(yù)防和補(bǔ)救措施，通過(guò)磨削修正了銑削變形誤差，并增加了中心孔錐面保護(hù)，避免了端面磨削。這些細(xì)節(jié)保證了零件的加工質(zhì)量。該工藝方案已推廣應(yīng)用于其它類(lèi)似零件的加工，取得了良好的效果。