单件小批生产的几种工艺方法*

2014-04-02冯鸿斌

机械研究与应用 2014年1期

冯鸿斌，王琳

(1.中航工业西安航空发动机集团有限公司，陕西西安 710021;2.西北工业大学开拓技术发展有限公司，陕西西安 710072)

1 引言

在工程的实际生产中，单件小批量生产占有相当大的比例，尤其是配件的制造和修理，多为单件或单台生产。单件小批制造主要有以下几个特点［1-2］:①零件形状差别大，技术条件要求高，可比性差;②数量少，没有互换性要求;③尺寸和精度有时往往超出工厂机床的加工精度和范围。

针对其特点，为满足生产的新要求，提高工艺员工艺水平，笔者就当前单件小批加工的几种工艺方法进行研究，最终达到降低制造或维修成本的目的。

2 正确选用加工基准

在进行零件的加工时，合理选用基准不仅可保证零件表面之间的位置精度要求和加工表面的精度，可以方便零件的加工，同时可降低加工成本。

2.1 增加辅助基准

当工件上没有合适的加工基准或当零件尺寸较大，且采用现有机床无法加工时，为了立足于工厂的现有设备限制，满足实际的加工需求，降低生产成本，有必要在工件上增加辅助基准［3］，当工件加工完成后，去除辅助基准即可。

图1(a)所示为某型号大连杆，其中心距为1 200±0.1 mm，而车间现有的镗床工作台对主轴最大移动距离为800 mm，显然其尺寸超出了超出镗床的加工范围。为节省加工成本，利用现有机床进行加工，可在前道工序中增加一个辅助基准环。

如图1(b)所示。加工时，在现有镗床上，两次找正装夹镗加工孔，就可以保证中心距1 200±0.10的要求。待连杆加工完后，车削掉辅助基准环即可。

图1 某型号大连杆

2.2 互为基准

当零件表面位置之间位置精度高、余量较小时，可采用互为基准。阀片类零件属于薄壁零件，磨削易变形［4］，同时加工余量小，图2所示为某阀片，其尺寸为 Φ120×1.2 ±0.02 mm，技术要求为:两端面平面度0.005-0.01、平行度 0.01 ～0.02，粗糙度 Ra0.4，材料为3Cr13、4Cr13。可见对阀片的平面度要求较高，用常规的磨削工艺难以保证阀片的平面度。如果采用互为基准法精磨，可以达到图纸要求的平面度。

图2 阀片加工工艺示意图

具体步骤如下:

(1)选择精平面磨床，同时选择合格的磨料，硬度低、粗粒度，组织要松，必要时可在砂轮上开槽;

(2)选用较小的垂直进给量 (单行程不得超过0.01 mm)及小的横向进给量进行磨削;

(3)将粗磨后的阀片装夹在图2所示的A面，以A面为粗基准磨削另一端面，磨削达到表面粗糙度要求;

(4)以A面为精基准，精磨另一端面，直至达到图纸要求，磨削过程中须充分冷却，防止工件灼伤。

2.3 用加工好的表面作基准

在实际的生产中，常有相互配合的零件，如锤杆和锤套，这类零件的加工可采用已加工好的表面作基准来加工。

图3所示为锤杆和锤套，其加工要求为:锤套外圆(Φ150)对内锥孔(锥度1∶25)同轴度误差不超过0.05，内外锥度面积大于80%。采用如下的工艺方法即可完成对锤杆和锤套的加工。

图3 锤杆锤套结构示意图

(1)调整车床靠模板，装夹锤杆，车削1∶25锥面并抛光至Ra1.6以上。调整好的靠模板角度不要变动，卸下锤杆;

(2)装夹粗车好的锤套，用同一靠模板车削锤套1∶25内锥面。注意:车削外锥面时，装正刀、开正车、正面进刀;车削内锥面时，装正刀、开反车、反面进刀;

(3)加研磨膏对研内外锥结合面，保证接触面积。清洗零件;

(4)锤杆装夹在车床上，锥套用木榔头敲紧在锤杆锥面上，车削锤套Φ150外圆，并抛光到 Ra1.6以上，保证同轴度。

3 合理选择加工方法

3.1 组合加工

销控是零件定位孔，位置度要求高，一般必须用高精度镗床加工才能保证。但若构件 (如减速器箱体)尺寸大，不要求互换，只是零件位置要求高时，可采用组合加工销控。既能保证零件位置度，又可降低生产成本。

减速器箱体一般分为上箱盖和下箱体，为保证加工精度，必须采用组合加工。

首先，以轴承孔中心线为基准划线加工上、下箱体结合面、端面、侧面、底面;其次，刮研上、下箱体结合面;再次，用螺栓固定好组合好的上下箱体并作定位销控;最后，精细加工组合长宽高的基准平面，镗轴承孔即可满足图纸要求。

3.2 配作

配作是一种广泛用于配合精度要求高、单件和小批生产的工艺方法，具有良好的经济性。所谓配作，是先加工好一个零件的配合尺寸(如轴孔配合的孔)，然后按已加工零件的实际尺寸为基数，根据配合性质的要求，再加工与之相配合的零件。其优点是保证图纸规定的配合精度下，可最大限度地扩大相互配合零件的公差带，从而降低制造精度和成本［5］。

机械产品的生产过程或者设备大修中，由于数量小，绝大多数是单件，没有互换性要求，为提高生产效率，节约制造成本或受工艺要求限制，常采用配作的工艺方法。例如:丝母按丝杆配车，气锤活塞环按缸配作，导轨面配刮等。这种工艺方法优点是既能保证零件功能和精度，又能降低成本，缩短修理周期。

3.3 配制公差加工

公差是机械设计与制造的要素之一，特别是对于金属切削加工，几乎都有公差要求［6］。当零件尺寸较大、公差等级较高、单件小批生产时，一般采用配置公差加工。

所谓配置公差，即在工艺安排时，先加工一个零件，按先加工好的零件尺寸配制另一个零件公差［7］。这样可以保证零件配合要求的同时，降低了加工难度和零件报废品率。例如火药搅拌器就是先加工底座和立柱，再按照立柱尺寸制造横梁。

需要注意的是，配制公差加工与配作是有区别的，配作能扩大制造公差，降低技术要求，而配制公差只涉及零件尺寸公差，其它技术要求不降低［8］。

4 零件结构工艺性

良好的工艺性不仅方便加工或者装配，还可降低制造成本。在进行设备的装配时，有必要全面认真消化图纸，正确理解设计思想，当部分零件设计不合理或者存在缺陷导致无法装配或者设备性能降低时，在保证零件使用要求的前提下和设计人员进行沟通协调，进行必要的结构更改。

如气缸所用活塞图4(a)所示，在其设计中，没有Φ4和 Φ8孔，活塞环材料为 35#钢，主气缸材料HT250铸铁。在气锤大修时，发现气缸磨损严重，捶打无力。因此在维修时，将活塞改成如图4(b)所示结构，活塞环材料也改用聚四氟乙烯，这样使气缸磨损大大减缓，延长了设备大修周期，保证了设备使用。

图4 活塞结构示意图

再如，烟气轮机转子是用螺栓(GH4169)将一、二级轮盘和轴连接成一体，螺栓必须具有足够预紧伸长量，才能保证轮盘端面摩擦力矩大于传递额定功率所需力矩。在进行图纸分析时发现，螺栓孔和螺栓外圆是同一基本尺寸，公差带选用H/h配合，导致螺栓和螺栓孔无法装配。通过和设计人员商量，进行装配要求的修改，使螺栓孔和螺栓有0.2～0.3 mm间隙。通过温差法装配，测量螺栓伸长量达设计图纸要求，因此采用此方法合理。