摘要：分析了某汽车零件生产厂用数控加工某工件时对称度精度超差的原因和夹具设计与对刀点位置存在的问题，提出了行之有效的改进方法，对工程技术人员处理同类型工件的数控加工问题有较高的参考价值。
关键词：数控加工；对刀点；夹具设计；误差分析；改进方法
引言：数控技术是目前制造业中的重要技术之一，其设计的技术层面主要包括：计算机辅助设计、制造技术、计算机仿真加工技术等，对制造业的发展起到关键性的作用。在加工大批量的面孔系类零件的过程中，如汽车发动机、箱体类等附件，通常情况下就需要采用到一面两销的定位夹具。而定位夹具的加工一般都是在数控加工中心进行，以提高加工效率和精度。在进行一面两销夹具设计制作的过程中，需要综合考虑到数控加工的工艺特征，才能保证零件加工的品质。以下主要针对某生产厂对汽车附件的加工上所出现的质量问题进行分析，以得出问题的解决方案。
1、数控加工工艺
1.1 数控加工的定义
数控加工是在数控机床上对各种零件进行加工的一种技术方法，跟传统机床的加工方法比，加工工艺的规则和流程总体来说是一致的，但数控加工也做了很多改变。它是用数字信息来控制零件加工，可以有效解决加工产品的复杂多变性，精确性等问题，同时还能提高劳动生产率，从而提高企业的经济效益。
1.2 数控加工工艺的具体特点
数据加工工艺的特点主要有以下几点：第一，数控加工技术精确度很高，一般情况下只需要加工一次就能达到产品加工的精确度，不需要二次进行再加工；第二，数控机床上的工件都是一次性装夹，可以对多个部位进行加工，有时还可以一次性完成加工工件的所有内容；第三，加工过程可以持续进行，因为刀具架子上面会有很多备用的刀具，在数据加工的过程中刀具安装与配置不需要在过程中突然停止，从而提高了生产效率；第四，在数控加工过程中，由于工件的装夹，刀具的配置和使用特点都与传统的普通机床加工有一定区别，所以工件各个部位的加工顺序也会发生一定的变化；第五，数控加工还有一些其它的特点，如：生产工序集中；自动换刀的多次利用；加工工艺要求更加严格，工艺内容要求更加具体；相比普通机床，刀具的切削量比普通机床大很多。第六，产品装夹可以灵活定位，同一个产品可能会有多种方案去加工。第七，相比传统机床加工，数控加工的加工成本相对较高。
1.3 数控加工工艺的优势
一般来说，传统的机床在加工过程中加工成本比较低，工序太多，而且大部分工序都是由人工手工完成，这就对技术人员的技术水平要求很高。而数控加工工艺与传统的机床相比有着明显的优越性，具体有以下几个特点：第一，数控加工与传统机床加工相比，利用数控机床加工可以减少加工程序，需要的工装数量比较少，只是数控加工工序的内容比较复杂，但也能充分体现出数控加工工艺的内容具体，工艺设计严谨的特点；第二，数控加工具有复合性的特点，在使用数控加工过程中，工件一次性装夹后能同时完成多种加工，也可以说是把传统加工的很多工序合并在一起了，这大大减少了夹具的使用数量和装夹的次数，从而提高了劳动生产效率。
1.4 数控机床加工与普通机床加工结合的方法
从近年来机械制造业的具体发展情况来看，数控加工未来替代传统机床加工已经成为定局，可是由于历史的原因导致在现在还有未来的很长一段时间内，两种加工技术可能会同时存在，所以数控加工工艺与普通加工工艺的有效结合，直接影响生产效率的发挥与提高，从而影响企业的经济效益。那么两种加工技术可以相结合的地方主要有：加工产品的数量和产品的设计状态；产品加工工种之间的结合；加工技术创新和交流的结合；精确度高的设备与普通设备的结合等。
2、加工过程中产生的主要问题
本文以某汽车发动机的进气门控制总成的壳体零件模型为例，在该进气门控制总成中的内部大孔上安装有自动控制的进气阀门，而安装在两个轴承孔中的阀门轴组件直接控制着进气阀门的开启和关闭，汽车发动机的整体性能在一定程度上取决于操作灵敏度与阀门闭合的密封度。而内部大孔与二个轴承孔的位置精度与具体尺寸如1图所示。在确保进气门阀门的操作灵敏度与闭合密封性在大孔精度为D38.015±0.015的基础上，其和2个轴承孔（D14±0.0150.01）轴线与大孔（D38.015±0.015）中心的对称度精度之间的关系非常密切。通过分析图1，能明显看出该进气阀门的对称度要求为0.025mm。该汽车零件生产厂在该进气阀门的2个轴承孔（D14±0.0150.01）轴线与大孔（D38.015±0.015）中心的对称度精度的加工过程中，在D38.015大孔和低平面安装孔都已完成加工的前提下，通过一面两销定位和气动夹紧手段的利用，在零件原有的高精度加工的基础上，以A图中的镁合金压铸件（D32）的坯料孔（D30）进行X、Y轴方向的对刀处理，通过X、Y轴加工坐标系原点的有效建立，对轴承孔（D14±0.0150.01）与轴承孔（D10.1±0.050）以及孔（D14.5）进行铣加工。最后再利用夹具带动零件的整体翻转定位，对轴承孔（D14 ±0.0150.01）、孔（32）、孔（D14.5）以及倒角（0.2 ×45°）进行铣加工。
通过以上的工艺方法进行汽车零件的加工，利用三坐标测量仪对加工工件进行全面检测，除了2个轴承孔（D14±0.0150.01）轴线与大孔（D38.015±0.015）中心的对称度精度不符合图样的设计要求外，其它的形位公差与尺寸公差都可以满足设计图的加工标准。因此，技术人员多次调整机床、刀具等相关工艺系统，并进行了5个批次的检测。检测中，所有工件的对称度均为0.025mm，其中第一批次的平均实测对称度为0.033mm，平均超差值为0.008mm，该批次产品均属于不合格产品；第二批次的平均实测对称度为0.036mm，平均超差值为0.011mm，该批次产品均属于不合格产品；第三批次的平均实测对称度为0.034mm，平均超差值为0.009mm，该批次产品均属于不合格产品；第四批次的平均实测对称度为0.035mm，平均超差值为0.010mm，该批次产品均属于不合格产品；第五批次的平均实测对称度为0.035mm，平均超差值为0.010mm，该批次产品均属于不合格产品。
3、问题分析
从上面的检测结果看出，在经过多次的调整后，仍出现概率较大的对称度超差情况，可以初步推断，在加工的工艺系统中，有可能存在原理性的误差。
通过图样上相关形位公差的要求及加工现场加工过程情况的分析，发现对称性超差的原因所在：
a）一面两销夹具设计两销的位置设定不合理。如图4所示，以底平面与A、B两孔作为两销的定位孔定位时，由于A、B两孔中心连线的中心O1点，偏离大孔D 38.015的中心O较远，在两销与两孔存在间隙的情况下，加上操作人员装夹工件时的旋转验证是否定位可靠的习惯，会导致工件以O1点为中心旋转一微小角度夹紧，从而使工件相对理想位置产生微量倾斜，如图5两种极限位置示意图；
b）确定建立加工坐标系时，选择的对刀位置不合理。在上述定位夹紧状态下，由于无法通过直接对刀找大孔D 38.015在X方向的中心位置，而以D10.01的压铸坯料孔上口对刀，找到的X方向对刀中心如图5所示。从图5中看出，由于工件相对理想位置产生了微量倾斜，以图5所示对刀中心下刀加工D 14±0.0150.01（轴承孔），其轴线相对大孔D38.015的中心将会产生对称度误差▽1（图5a）或▽2（图5b）。
4、改进方法及改进结果
通过对问题的全面分析，从以上两个方面中看出问题的症结，主要表现在两个方面，也就是：（1）夹具设计的设计基准与定位基准之间不符；（2）设计基准与加工工艺基准不符。根据问题的两个症结，采取相应的改进方案。
4.1 夹具的整体与重新设计
对夹具进行重新的设计，以大孔（D38.015±0.015）配底部微弹圆锥销，代替传统的原圆柱定位销，使夹具设计的设计基准和定位基准相重合。
4.2 改变对刀位置
以大孔（D38.015±0.015）的配底部微弹圆锥销外侧进行对刀，并将其中心点找出，以该中心点作为X轴方向的对刀中心，从而使设计基准与加工工艺基准相重合。
4.3 小结
通过对夹具进行重新设计，使工件的设计基准、工艺基准以及定位基准三个基准之间相重合，消除了原理性误差。因此，对工件对称度精度的影响也就只有底部微弹圆锥销和夹具配合圆孔之间的空隙。由于该工件底部微弹圆锥销和夹具配合圆孔之间的控制已经有效控制在0.005 mm-- 0.008 mm之间，因此，对各基准之间的重合影响不大。并对该工件进行多次批量的检测，其检测结果表明2个轴承孔（D14±0.0150.01）轴线与大孔（D38.015±0.015）中心的对称度误差有效控制在0.021 mm之内，从而提高了工件的合格率。
5、结束语
通过对生产一线产品品质问题的分析，揭示了在数控加工过程中，有关零件夹具设计与对刀点位置确定的相互影响关系；提示有关工程技术人员在处理类似数控加工问题时，应注意深入分析定位基准、设计基准和工艺基准之间的关系，在夹具设计过程中力求保证：夹具设计的定位基准与设计基准重合；加工工艺基准（对刀中心）与设计基准重合。
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论文作者:孙启托
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/25
标签：加工论文; 夹具论文; 数控论文; 工件论文; 基准论文; 对称论文; 机床论文; 《基层建设》2018年第32期论文;