随着某型系列军用弹射救生座椅从试制、定型到批产,以及后续大量各种改进型号的产生,某滑阀壳体作为该型座椅重要通用配套火工动力机构大件,其批量从几件、十几件到几十件、几百件,批量和节点的高要求对工艺方案的质量稳定性提出新的挑战。零件毛坯与模型如图1所示。
零件材料为30CrMnSiA优质合金钢的模锻毛坯件,具有粘度较高的模锻特性,热处理抗拉强度σb=(1 175±100)MPa,硬度高,材料的加工性能差,现场加工刀具切削磨损较快。零件结构为“回转体+组合体”,夹持定位难度较大。
图1
滑阀壳体零件工艺路线长,共125道工序、92个设计尺寸,一般工序均为粗加工或制单一型面,而数铣工序主要加工58个装配关系高精度尺寸,基准转换频繁,各种工装夹具刀具用量较大。无论第一阶段试制期,还是第二阶段定型期,均需5个工步装夹加工,如表1所示。
1.保持正常心态,不要盲目苛责求全。尺有所短寸有所长,人也是如此,古代圣贤也常说人无完人,对于学校的广大教职员工也是如此。学校的广大教职员工,有自己的性格特点,当然也有自己的学科优势,也有自己的一些不足,对此要科学地面对,要保持正常的心态,不盲目苛责求全,而是要结合岗位需求来合理安排。所以,对于学校的教师要结合其性格特点和工作能力,进行科学的分析,努力安排最适合教师的岗位,这样才能够把教师的优点发扬光大,扬长避短,提高教师的工作积极性,也能够获取教师的职业幸福感。
这种“五工步”加工工艺方式运行了多年,其中有一些定位方式的演变,但在定位可靠性、操作简便性上都不能很好地满足操作者和管理计划的要求,存在以下问题:①加工时间长。单件总耗时=单件耗时+工步准备耗时+单件准备耗时=6.3+1.5+0.5=8.3(h)。②该零件为大型件,每批次生产都要占用5台重切削三轴加工中心,约10多天时间。③不仅生产周期长,在多次装夹、基准转换过程中,还有质量风险,其中“4+0.030 -0.050mm超差”和“3-0.030 -0.100mm超差”频次占不合格品比例达80%,如图2所示。
表1 滑阀壳体数铣75工序加工说明
步骤 加工内容和方法 操作步骤 动作频数 装夹情况第一步 分度卡盘夹持外圆φ55-0-0.02mm,加工上部外形拆卸零件→清理零件→清理夹具→夹持零件→调整零件→紧固零件→起动机床加工7
针对此现象,从操作过程、工艺方法等方面入手分析,确认多次装夹造成基准转换,以及误差积累对该尺寸产生决定性影响。
经分析,确认此零件是由回转主体与其他几个结构体组合而成的“回转组合体”,可以采用立式A轴(见图3)方式对第2~第5工步进行一次装夹,单个形面定角度加工,各个形面翻转至相应角度切削完成。
考虑到零件材质硬度高,模锻形成的韧性较好,必须制作结构稳定、强度好的夹具。依据工艺规程的技术要求,选择内孔φ45.5+0.068 +0.030m m为主定位,内孔φ34+0.05 +0mm为辅定位,确定了基准,构思设计了一组专用夹具;同时,由于A轴机构的刚性、驱动功率和稳定性不如机床直线轴,因此在夹持柄部制作圆周均布3mm×25mm平面,形成三面柱体,用于三爪自定心卡盘三爪夹持,以保持A轴扭矩真实传递,如图4所示。
图2 零件问题部位
图3 立式A轴机床原理
图4 夹具设计原理与模型
依据工艺规程的技术规范确定了基准,针对零件独特的特征制作结构稳定、强度好的夹具。这组专用夹具,行家看来有过定位的嫌疑。但是,由于孔φ34+0.05 +0m m的定位销是扁菱形的,与φ45.5+0.068 +0.030mm主定位心轴中心轴线呈垂直状,控制零件旋转,传递反切削扭矩,使零件与夹具合为一体。现场进行了零件试装,如图5所示。
监督范围不够明确。就农商行而言,既有纪委监督,又有监事会的监督,那么二者之间的职责定位是什么,如何规避重复监督,制度上没有明确。而站在提升监督效率、避免出现重复监督或监督“真空”的角度,显然要予以明确或建立协调机制;职责范围内,哪些应实行全程监督,哪些可采取事后监督方式,单纯从效率和竞争的需要来讲,也应进行制度安排;只有这样,纪检监督才更加科学、合理、有效。
经试装,确认基准选择合理,在定位可靠的前提下最大限度缩短定位心轴长度,一般为定位孔长度的1/2~2/3。零件装卸方便,手工操作便捷,可以确保工艺精度,大幅减少夹具悬空长度和质量。
选择刚性较好的设备C F V 1 0 5 0 A,夹持有均布3mm×25mm平面的柄部三面柱体,以传递A轴切削扭矩,心轴跳动0.01mm。
本次建模相对于以往的模型来说,对技术的要求较高。例如,在展示盒的制作过程中要准确的裁割玻璃,不能出现丝毫差错,否则整块玻璃将无法使用,从而造成浪费,增加制作成本;在制作玻璃底座时要求精确的计算玻璃的大小以及镶嵌玻璃的卡槽的宽度、深度,其次在顶部还要留有旋转双螺旋结构所用旋钮的位置。在此过程中对制作者的技术、耐力、细心程度要求较高,制作者要具备较强的技艺能力,才能保证作品的成功率和美观性。
在机调试首件的过程中,切削至端部槽型腔形面时不太稳定,加工尺寸4+0.03 -0.05mm等有偏移现象,如图6所示。这里产生了新的问题,于是暂停试切加工。
其实只是因为泥巴喜欢这个男人而已,他说什么自然再不能构成不喜欢的因素,而万一说对路了,那就更加喜欢。此时如果左小龙说出一句,我想干你爸爸,也丝毫不能影响泥巴的喜欢。这就是品牌忠诚度。
现场观察发现零件有受力旋转现象,分析有以下原因:①A轴三爪自定心卡盘夹持心轴力度已达上限,再无上紧可能。②零件材质较硬,模锻材料较粘,切削力较大。③形面端部远端距心轴轴线较远,力臂长,力矩必然更大。④三爪自定心卡盘夹持的均布3mm×25mm平面在此情况下,不能满足抵抗切削扭矩的需要,有打滑迹象,如图7所示。
首先,零件形态不可变,力臂不可变,减小切削深度是降低切削力的必要条件,同时提高切削线速度、进给速度以保证加工效率。
接着,围绕夹具紧固力不匹配的问题,观察夹具和A轴卡盘,决定利用三爪自定心卡盘的固定力,在夹具端部的定位板背面制作一组可调式紧固结构,在三爪自定心卡盘夹持心轴柄部的同时夹定三爪侧面,进一步增强夹具与A轴的连接刚性,如图8所示。
夹具重新上机,仔细调整心轴与三爪自定心卡盘配合精度,紧固稳定后,进行首件调试。夹具紧固稳定,零件定位可靠,加工中无受力振动现象发生,刀具切削顺畅,装夹拆卸方便,可以进行批量生产。
这里有一个要点是老生常谈的问题,就是切削三要素的选择不仅取决于零件形状、材质,更与夹具结构刚性有着非常密切的相关性,应在加工质量和切削效率上取得平衡。
图5 夹具与零件装配
图6 端部加工区
图7 加工中摆动示意
图8 夹具紧固安装
操作者严格按照调试中摸索出来的完善的加工方法,精心操作,对每件产品进行测量。每加工5件,就对工装夹具的状态如心轴跳动、A轴的夹紧力和零件的定位等进行检查确认,未发现异常情况。本批次生产完工,零件无任何超差现象发生,四个形面的工艺基准统一,零件批产合格率100%。
完成带通与低通独立模块的仿真后,级联带通与低通模块进行全腔仿真[9]。在HFSS中搭建的全腔模型如图6所示。
对比改进工艺前后的工艺步骤、动作频次、占用设备、在机时间和质量状况等方面,突显出工艺改进措施的高效、快捷和稳定性,如表2所示。
通过本次工艺改进,取得了一些成功经验。降低了滑阀壳体零件的生产准备和占机时间,提高了A轴加工夹具的可靠性,逐步完善了回转组合体的数控铣削技术;以高效稳定的加工方案,提升应对市场需求的快速反应能力。未来将以此次工艺改进活动为新的起点,打破已有的固化思路,全面探索、完善数控铣削夹具、刀具和机床等方面的综合运用能力,充实数铣加工技术的模块化、成组化内涵。
表2 改进前后工艺方案实施效果对比
新方案操作步骤 第一步 第二步 第三步 第四步 第五步 两步完成单步动作 7 12 12 7 7 15动作频次 45单件加工时间/min 500 175使用设备数量/台 5 2次品数/批量(批次) 5/36(D1227)、6/40(D1228-1)、4/45(D1322) 0/76(D1532)操作人员项目 原方案认同度 相关机加人员随机抽选10位,认为“可以”:4人;较差:6人 相关机加人员随机抽选10位,认为“很好”:10人
参考文献:
[1] 李福生.数控机床技术手册[M].北京:北京出版社,1996.
[2] 王先逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,2006.
[3] 扬可桢.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,1989.
[4] 陈家坊.最新金属切削加工工艺实用手册[M].上海:金盾出版社,2006.
[5] 陈宏钧.金属切削常用标准工具手册[M].北京:机械工业出版社,2007.
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