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锥管螺纹类零件方台高效量产工装改进——采用

日期:2020-06-03 17:14 作者:pokerking扑克王APP

  基于ISO13584标准的管接头零件库及圆柱管螺纹 圆锥管螺纹 转子模型实现

  内容提示:中国科技信息 2017 年第 9 期· CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2017- 56 -◎ 10 万~ 30 万行业曲线link industry appraisementpointDOI:10.3969/j.issn.1001- 8972.2017.09.018可替代度影响力可实现度行业关联度真实度在数控加工相对普及的今天,对小批量不同种类的零部件加工基本能够满足生产需要;但是对于锥管螺纹类零件方台(扳手位)的大批量生产并不能够很好的满足。为满足加工需求,在为最大限度的降低加工成本,为最大限度的提高加工效率,对锥管类工零件的加工工装进行设计改进就变得尤为迫切、尤为需要。工装零件分析某机械厂长期生产常...

  中国科技信息 2017 年第 9 期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2017- 56 -◎ 10 万~ 30 万行业曲线link industry appraisementpointDOI:10.3969/j.issn.1001- 8972.2017.09.018可替代度影响力可实现度行业关联度真实度在数控加工相对普及的今天,对小批量不同种类的零部件加工基本能够满足生产需要;但是对于锥管螺纹类零件方台(扳手位)的大批量生产并不能够很好的满足。为满足加工需求,在为最大限度的降低加工成本,为最大限度的提高加工效率,对锥管类工零件的加工工装进行设计改进就变得尤为迫切、尤为需要。工装零件分析某机械厂长期生产常用锥管螺纹类零件,尺寸一般有R21/2,R21,R211/2,R22 或 R11/2,R11,R111/2,R12 等,螺纹锥度都是 1:16,换算成螺纹单边的锥度角为 3.58,换算成大端外径分别为 12.7mm,25.4mm,38.1mm,50.8mm。但是在加工过程中发现,此类零件四方凸台(扳手位)的加工,加工效率比较低,加工成本较高,为此必须设计此部分工序的工装夹具。现在以锥管螺纹R211/2 零件为例,如下图 1 所示进行分析:零件分析零件加工图纸见图 1,材料为 45 #碳素钢,需长期较大批量生产。工件几个加工部分锥管螺纹 R211/2 锥度 1:16,角度折算出来 3.58,以及直径为 22、高 13mm的圆形凸台部分已经在数控车床加工完毕。现在只需要把顶部铣一个方台出来(扳手位),见图 2。由图纸(图 2)分析,考虑到方台的侧面要打一个直径4.5mm 的通孔,为了后续的加工,方台的宽度精度控制在 170.1mm。而且要保证侧面的螺纹不能压伤,螺纹部分的总高度控制在 250.1mm。从加工要求看,零件的加林桂荣广东省粤东高级技工学校对于锥管螺纹类零件四方凸台大批量生产,使用数控(铣)加工中心常见的普通夹具,效率并不高。而且,数控(铣)加工中心的加工工时相对高昂,经济性较差。为满足生产加工需求,最大限度的降低加工成本,最大限度的提高加工效率,对其加工工装进行设计改进就变得尤为迫切与需要。锥管螺纹类零件方台高效量产工装改进采用液压卡盘及旋转液压缸实现图 1图d 56 2017/4/25 14:03:57网络出版时间:2017-04-26 18:56:27网络出版地址:中国科技信息 2017 年第 9 期- 57 -10 万~ 30 万◎工精度要求并不特别高,而且四方凸台的加工误差精度允许范围 170.1mm。零件定位分析如图 3 定位装夹示意简图,工件采用轴向夹紧定位,由于是锥螺纹(存在一个 3.58锥度)辅助定位,工件在加紧的过程中会产生一个向上的分力,如果没有一个下压力,工件在加工的过程中,夹紧状态不稳定,存在欠定位,所以工件的完全定位需要有均匀的下压力。通过分析,最好的夹紧方式是自定心卡盘,分析对比三爪卡盘及四爪自动定心卡盘,在稳定性上,两者都可以。但是考虑到加工部位为四方台四个侧面,四爪自定心卡盘刚好能够避开与刀具的干涉,最终选择四爪自定心卡盘。初步设计工装分析根据凸台零件加工要求,机械厂的工艺设计人员,初步设计了以下工装并进行了加工实验(如图 4)。经过试加工部分零件(图 2)后,很快就发现一些问题:1、此工装应用于三轴立式数控加工中心。问题 1:此加工工序为加工扳手位方台,加工精度为170.1mm,相对精度要求不高,在普通机床上加工便可满足加工精度要求;如放在数控(铣)加工中心上加工,加工工时费用相对高昂,不利于加工成本的控制。2、此工装的每个工件拆装都需要单独操作手动推杆进行,六个工件就需要操作推杆装夹六次。问题 2:工件加工操作效率不高、不利于批量生产;最理想的状态是一次夹紧六工件,一次松开六工件,加工效率将有较大提高。3、从图 3 夹紧定位简图分析可知,图 3 夹具工装夹紧工件时并无一个下压力,存在欠定位。在粗加工时(一刀切)形成大扭力的作用下,工件容易走位,造成次品、废品率高。问题 3:由于工件夹紧部分为锥度 3.58管螺纹,使用普通锥度夹紧块及手动推杆对工件的夹紧时,工件会产生向上的分力,导致夹紧力程序不够,夹紧状态不稳定。4、就算工件没有走位,顺利加工出来后,个别工件的锥度管螺纹被压伤。问题 4:此初步工装的压块材料为硬度较高淬硬 45# 碳素钢材料,容易致使锥度管螺纹受压变形。为使工件的螺纹不致容易变形,应采用硬度比较低的铜材料,或者软卡爪材料(采用低碳钢、铜、铝合金等)。通过以上几点综合分析,及时停止了此工装的应用。并根据分析出来的问题材料,着手对此工装进行定位夹紧方面的改进,以期得到更高效、更经济的加工方式及工装。新工装改进方案从分析出来的四个问题着手,必须针对这四个问题找到合理、合适的工装解决办法。第一,考虑到加工的经济性,我们可以将此工序的加工放在普通卧式铣床上进行加工。只要采用合理的工装夹具,加工效率一点也不会比在立式加工中心上加工来的低,而且更经济。虽然在工装的设计投入上,一开始费用会比较高,但是由于是长期、大批量同类零件生产,那么在合理工装的投入上,就显得有比较大的必要性。第二,工装的每个工件拆装都需要单独操作手动推杆推动普通压块进行,除了安装效率低的同时,而且欠定位,夹紧状态不稳定,不但废品率高而且整体加工速度受限制。如果改成轴向夹紧(四爪自定心卡盘夹紧),夹紧状态将比较图 3图 4图 5图 62017-09.indd 57 2017/4/25 14:03:57 中国科技信息 2017 年第 9 期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2017- 58 -◎ 10 万~ 30 万稳定及牢靠。第三,解决工件螺纹被夹紧压伤情况,在卡爪的材料上必须使用软卡爪(采用低碳钢、铜、铝合金等),经考虑,此处采用20#低碳钢材料。并且在卡爪的外形上进行修正(加工出 3.58即 3 34 48内锥度,如图 5 及图 6),这样解决工件螺纹被夹紧压伤情况。第四,如何提高工件的装夹稳定性、装夹强度呢?经分析,采用轴向装夹方式(四爪自定心卡盘)比较能提高工件的稳定性(见图 7)。再加上锥度导向板(见图 6),安装在四个卡爪是上表面,起到导向及下压力的作用。使工件在自动夹紧定位状态更准确、更稳定。第五,如何提高工件的安装速度呢?普通自定心卡盘不能自动松或紧,工件如何才能快速的夹紧与松开呢?在工件的安装上,液压卡盘能实现自动开及自动锁,压紧力牢靠。经统筹考虑,决定使用四爪自定心液压卡盘可以实现快速的松紧。第六,如何提高工件的加工效率呢?从上面几点,可以解决工件的装夹稳定性及可靠性。那加工效率如何才能提高。首先,考虑到本工序的加工特点是加工锥管螺纹的四方凸台(扳手位)的特点,那么我们可以采用在卧式铣床上使用组合三面刃铣刀(见图 6)铣削加工完成。这样不仅可以提高生产效率、而且操作简单,并能够保证加工质量要求。其次,选择铣刀时,两边铣刀规格要一致,两把铣刀内侧刀刃间的距离,由多个铣刀杆垫圈进行调整。通过不同厚度垫圈的换装,使其符合四方凸台宽度尺寸 170.1mm 的铣削要求(见图8及图9)。装刀时,两把铣刀应错开半个刀齿,以减轻铣削中的振动。再者,铣削加工一个方向后,液压卡盘(夹紧状态)在旋转液压缸的驱动下旋转 90,组合三面刃铣刀再(走)加工一刀。加工完毕,卡盘上零件四方凸台加工完毕。操作液压卡盘松开卡爪,此时卸下工件,并安装新的待加工零件。最后,上面加工流程只是一个工件的加工,能否多个工件一起进行加工呢?答案是肯定的。考虑到普通卧式铣床的加工行程只有 900mm,所以选用五个小型液压卡盘(直径160mm),配合一个 90的旋转液压缸,以及 5 个转台、同步带等实现了同时安装五个工件,同时加工五个工件两个侧面,同时五个工件一起旋转 90,五个工件一次性加工另两个侧面,同时五个卡盘卡爪松开,并卸下已加工工件,安装新的待加工工件的。减少了辅助装夹定位时间,这样大大的提高了此类零件的加工效率,见图 10 所示工装平面总装示意图。图 7加工精度保障分析1、锥度导向压板采用弹簧钢材料,此材料具有一定的弹性(安装时头部需使其向下塑形、变形量 0.1mm),能够保证螺纹台阶面厚度 250.1mm 的导向夹紧及提供一下向下的压力。对于保证加工时工件的稳定性起到关键作用。从而也保证了工件的加工精度。2、为了保证轴孔衬套与同步轮连接转盘能够实现正常的转动,又能保证一定的转动精度。此工装中衬套 7 与同步轮连接转盘及芯轴 5(见图 8)的配合选用 H7/f6 配合。3、采用同步轮的传动规避了齿条传动中的反向间隙的影响,对五个液压卡盘旋转90精度起到保证的作用。同时,同步轮配合同步带的传动稳定性也比较高。4、液压系统对液压定心四爪卡盘,90旋转液压缸提供了强有力的夹紧力及稳定性。也是零件加工精度的保证措施之一。通过多环节的保障,此工装的加工精度完全满足加工零件图纸加工精度要求。小结经过了一系列的改进,新的工装夹具在适应加工锥度管螺纹类零件的加工范围得到拓展,能适合锥管螺纹 R21/2, R21,R211/2,R22 或 R11/2, R11,R111/2,R12 等螺纹锥度都是 1:16 的加工。而且新的工装夹具在加工效率、加工经济、加工精度上比先前夹具得到了较大幅度的提高。经过实践证明,此夹具特别适合此类加工锥管螺纹类零件四方凸台(扳手位)的加工,为机械厂解决了加工难题,节约了成本,获得了各方好评。图 8 图 9图 102017-09.indd 58 2017/4/25 14:03:57

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