不規(guī)則零件的加工工藝

不規(guī)則零件的加工工藝在機(jī)械加工過(guò)程中,批量加工時(shí)必須使用工裝設(shè)備才能提高生產(chǎn)率,使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。對(duì)于簡(jiǎn)單軸類、盤類、套筒類零件,使用通用夾具就能滿足要求;但復(fù)雜或者不規(guī)則零件的加工,需要設(shè)計(jì)專用夾具以提高加工效率,保證加工過(guò)程的順利進(jìn)行。因此機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械制造系統(tǒng)的重要組成部分。作者通過(guò)實(shí)例研究不規(guī)則工件的工藝過(guò)程,并設(shè)計(jì)專用夾具。1不規(guī)則工件零件圖圖1二維零件圖文中不規(guī)則工件為曲柄板零件,其二維零件圖如圖1所示,三維圖如圖2所示。該工件材料為45號(hào)鋼鑄件,屬于異形零件,在加工時(shí)存在一定的難度,因此一定要設(shè)計(jì)合適的夾具方能確保所有工序的完成。圖2三維零件圖該零件主要由圓柱面、端面、孔系等組成。由圖1得知,該零件尺寸公差主要有:30H8的通孔;偏心外圓柱29h6,偏心距為30±0·03,長(zhǎng)24±0·03;8的圓孔深度為59±0·05。粗糙度公差分別為:30H8的內(nèi)孔粗糙度0·8μm;5-10和5-5粗糙度均為12·5μm,在180°范圍內(nèi)均布;103和44圓柱斷面粗糙度均為6·3μm。在整個(gè)加工過(guò)程中要充分考慮其技術(shù)要求以保證偏心孔的位置、小孔之間的角度關(guān)系以及表面質(zhì)量要求等。在機(jī)械加工過(guò)程中，批量加工時(shí)必須使用工裝設(shè)備才能提高生產(chǎn)率，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。對(duì)于簡(jiǎn)單軸類、盤類、套筒類零件，使用通用夾具就能滿足要求；但復(fù)雜或者不規(guī)則零件的加工，需要設(shè)計(jì)專用夾具以提高加工效率，保證加工過(guò)程的順利進(jìn)行。因此機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械制造系統(tǒng)的重要組成部分。鍛造制坯：熱模鍛仍然是汽車齒輪件廣泛使用的毛坯鍛造工藝。近年來(lái)，楔橫軋技術(shù)在軸類加工上得到了大量推廣。這項(xiàng)技術(shù)特別適合為比較復(fù)雜的階梯軸類制坯，它不僅精度較高、后序加工余量小而且生產(chǎn)效率高。

（2）正火：這一工藝的目的是獲得適合后序齒輪切削加工的硬度和為最終熱處理做組織準(zhǔn)備，以有效地減少熱處理變形。公司所用齒輪鋼的材料通常為20CrMnTi，一般的正火由于受人員、設(shè)備和環(huán)境的影響比較大，使得工件冷卻速度和冷卻的均勻性難以控制，造成硬度散差大，金相組織不均勻，直接影響機(jī)加工和最終熱處理；使得熱變形大而無(wú)規(guī)律，零件質(zhì)量無(wú)法控制。為此，采用等溫正火工藝。實(shí)踐證明，采用這種等溫正火有效地改變了一般正火的弊端，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

（3）車加工：為了滿足高精度齒輪加工的定位要求，齒坯的加工全部采用數(shù)控車床，使用機(jī)械夾固不重磨車刀，實(shí)現(xiàn)了在一次裝夾下孔徑、端面及外徑加工同步完成，既保證了內(nèi)孔與端面的垂直度要求，又保證了大批量齒坯生產(chǎn)的尺寸離散小。從而提高了齒坯精度，確保了后序齒輪的加工質(zhì)量。另外，數(shù)控車床加工的高效率還大大減少了設(shè)備數(shù)量，經(jīng)濟(jì)性好。

（4）滾/插齒：加工齒部所用設(shè)備仍大量采用普通滾齒機(jī)和插齒機(jī)，雖然調(diào)整維護(hù)方便，但生產(chǎn)效率較低，若完成較大產(chǎn)能需要多機(jī)同時(shí)生產(chǎn)。隨著涂層技術(shù)的發(fā)展，滾刀、插刀刃磨后的再次涂鍍可方便地進(jìn)行，經(jīng)過(guò)涂鍍的刀具能夠明顯地提高耐用度，一般能提高90%以上，有效地減少了換刀次數(shù)和刃磨時(shí)間，效益顯著。目前，這項(xiàng)技術(shù)已在公司推廣。

（5）剃齒：徑向剃齒技術(shù)以其效率高，設(shè)計(jì)齒形、齒向的修形要求易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于大批量汽車齒輪生產(chǎn)中。公司自1995年技術(shù)改造購(gòu)進(jìn)意大利公司專用徑向剃齒機(jī)以來(lái)，在這項(xiàng)技術(shù)上已經(jīng)應(yīng)用成熟，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

（6）熱處理：汽車齒輪要求滲碳淬火，以保證其設(shè)計(jì)要求的良好機(jī)械性能。對(duì)于熱后不再進(jìn)行磨齒加工的產(chǎn)品，穩(wěn)定可靠的熱處理設(shè)備是必不可缺的。公司引進(jìn)的是德國(guó)勞易公司的連續(xù)滲碳淬火生產(chǎn)線，獲得了滿意的熱處理效果。

（7）磨加工：主要是對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理的齒輪內(nèi)孔、端面、軸的外徑等部分的精加工，以提高尺寸精度和形位精度。齒輪加工采用節(jié)圓夾具定位夾緊，能有效保證齒部與安裝基準(zhǔn)的加工精度，獲得滿意的產(chǎn)品質(zhì)量。

（8）修整：這是變速驅(qū)動(dòng)橋齒輪裝配前對(duì)齒部進(jìn)行磕碰毛刺的檢查清理，以消除它們?cè)谘b配后引起的噪聲異響。通過(guò)單對(duì)嚙合聽(tīng)聲音或在綜合檢查儀上觀察嚙合偏差來(lái)完成。制造公司生產(chǎn)的變速器中殼體零件有離合器殼、變速器殼和差速器殼。離合器殼、變速器殼是承重零件，一般采用壓鑄鋁合金經(jīng)專用模具壓鑄而成，外形不規(guī)則較復(fù)雜，一般工藝流程是銑結(jié)合面→加工工藝孔和連接孔→粗鏜軸承孔→精鏜軸承孔和定位銷孔→清洗→泄漏試驗(yàn)檢測(cè)。

當(dāng)前使用兩條由組合機(jī)床、專機(jī)組成的剛性生產(chǎn)線和兩條以加工中心為主組成的柔性生產(chǎn)線。這4條生產(chǎn)線年生產(chǎn)能力達(dá)到22萬(wàn)件。其中兩條剛性生產(chǎn)線產(chǎn)能達(dá)到12萬(wàn)件，但只能加工兩種殼體。差速器殼是運(yùn)動(dòng)零件，所用材料一般為球墨鑄鐵，外形似球，內(nèi)外表面都需要機(jī)加工。一般工藝流程是半精加工一端→精加工另一端→精加工一端→加工工藝孔及連接孔→加工內(nèi)球面→清洗→檢驗(yàn)。零件排樣問(wèn)題在很多領(lǐng)域均有應(yīng)用,其中主要應(yīng)用在工業(yè)比如：沖裁件加工、造船、服裝、皮革切割等。排樣效率的微小提升可為這些行業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。另外排樣算法屬于一類組合優(yōu)化問(wèn)題,具有極高的計(jì)算復(fù)雜度,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了幾十年持續(xù)不斷的研究。二維不規(guī)則零件排樣問(wèn)題一般來(lái)講是個(gè)NP完全問(wèn)題,本文在前人各方面研究的基礎(chǔ)上做了如下幾個(gè)方面的工作。(1)主要研究了各種不規(guī)則零件包含空洞的、有弧形外廓等預(yù)處理方法；介紹了二維不規(guī)則零件在排樣空間中的矢量格式表示及多邊形分離判據(jù)法和逐步移動(dòng)判定法。多邊形分離判據(jù)法就是將多邊形之間的相對(duì)關(guān)系簡(jiǎn)化成為點(diǎn)與多邊形的包含關(guān)系以及直線段間的相交關(guān)系。而逐步移動(dòng)判定法,其核心為：如果零件分離,則靠進(jìn);如果零件重疊,則遠(yuǎn)離;直到靠接的誤差滿足精度要求。(2)介紹了改進(jìn)了基于重心原理的不規(guī)則零件排樣算法,該算法詮釋了了零件排樣問(wèn)題的物理意義：各個(gè)零件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中總是試圖通過(guò)移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)盡量降低零件的重心高度。然后為了尋求最優(yōu)排樣解降低零件的重心,需要在母材上均勻布置一些點(diǎn),讓零件在每個(gè)可行點(diǎn)間隔一定的角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由于該種算法是一種定序列排樣算法,可以結(jié)合前人的幾種算法包括遺傳算法和進(jìn)化算法與基于重心原理算法相結(jié)合的混合算法可行性,介紹了旋轉(zhuǎn)角數(shù)目以及排樣點(diǎn)間距的數(shù)值分析,結(jié)果顯示排樣效率及時(shí)間與這兩者有顯著的聯(lián)系,基于重心原理的不規(guī)則零件排樣算法是可靠的,可以處理大多數(shù)二維不規(guī)則形狀零件。(3)通過(guò)分析基于重心原理的不規(guī)則零件排樣算法原理,開發(fā)了二維不規(guī)則零件優(yōu)化排樣系統(tǒng)