一种三维空间异形杆零件加工工艺的制作方法

1.本发明属于高速铁路产品机加工领域，具体涉及一种三维空间异形杆零件加工工艺。


背景技术：

2.在制造高铁制动夹钳中一个执行推动动作的异形长杆件时，其属于一种三维空间异形长杆零件，其截面为10
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10正方形，展开长度约250mm，并且在空间x/y/z三个方向分别有171.5/16/52.5mm的距离差。
3.由于涉及零件的结构限制和性能要求，此零件在实际生产中存在以下难点：（1）细长空间异形杆精锻成形后由于内应力原因不易保证产品空间尺寸，锻造难度大；（2）精锻模具设计复杂，成本高，研制周期长，不适用于产品的前期试制；（3）直接原材料机加工，材料切除率高达93%，原材料浪费严重，并且产品性能不易保证；（4）直接原材料加工，由于三维异形杆件，右端有球头和环形槽，铣加工需要五轴机床，加工编程难度大，生产周期长，加工后零件变形大，成品率低；（5）零件右端球头及环槽的轴线与左端杆身在y、z两个方向分别有16和52.5mm的偏心，其加工回转轴在零件实体外，车削加工难度大。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种三维空间异形杆零件加工工艺，有效解决了三维异形长杆零件精锻精铸成型周期长、成本高，机加工效率低、成品率等难题。
5.本发明所采用的技术方案是：一种三维空间异形杆零件加工工艺，其包括如下步骤：一、下料；二、粗锻毛坯，在高度和厚度方向留加工余量；三、粗铣基准面用于后序测量和加工定位；四、利用视频测量仪测量出锻造毛坯轮廓并转化为dwg/dxf格式图形；五、利用cad制图软件读入毛坯轮廓，并导入产品实际外形，根据毛坯形状确定线切割加工基准；六、根据cad给出的基准点，线切割零件高度和厚度方向外形；七、二次装夹，线切割宽度方向外形。
6.进一步的，在步骤三中，粗铣三平面作为后序视频测量、cad确定基准和线切割外形的定位基准，此三平面为互相垂直的三个相邻平面。
7.进一步的，在步骤四中，在视频测量仪上投影出锻造毛坯厚度方向的轮廓，再利用仪器的文件导出功能，将测量出毛坯轮廓线输出成二维绘图软件能够识别的dwg或dxf格式
文件。
8.进一步的，在步骤五中，首先利用二维绘图软件，读入步骤四中输出的毛坯轮廓；其次，导入产品外形轮廓，并使其完全包容于锻造毛坯轮廓内，且尽可能使两侧均有较大余量；最后，根据产品外形轮线在毛坯锻造轮廓的位置，测量出零件外形基准点到毛坯基准面的xy距离，从而确定线切割加工的基准。
9.进一步的，在步骤六中用步骤三加工出的基准面定位毛坯，根据步骤五确定的加工基准，线切割零件高度和厚度方向的外形。
10.进一步的，在步骤七之后还包括如下步骤：八、车床装夹左端外圆，车内孔成形；九、利用车床夹具的空间定位，车削右端球头及环形槽，保证零件左端孔和右端轴线的空间距离关系；十、钳工修整零件外形棱边；十一、根据零件要求打标刻字；十二、磁粉探伤；十三、包装入库。
11.进一步的，在步骤八中，数控车床车削内孔时，用三爪卡盘夹紧左端圆柱面时，需要修整三爪定位部分为尖头形状，以让开圆柱面与杆身截面结合位置，同时异形杆身翘曲出三爪卡盘外。
12.进一步的，在步骤九中的车床夹具，其三维空间定位面使用线切割零件外形的程序线切割成形，使夹具定位面与零件外形的高度贴合，保证定位精度。
13.进一步的，在步骤九中的车床夹具，其轴向定位使用零件左端圆柱定位，而垂直于轴向和三维定位面方向的杆身定位采用两个圆柱销定位。
14.进一步的，在步骤二和步骤三之间还有热处理步骤。
15.本发明的积极效果为：1、用锻造毛坯结合机加工的工艺方案加工三维异形长杆件，有效降低了生产成本，提高了生产效率。
16.2、利用视频测量结合cad软件确定加工线切割加工基准，有效避免了因毛坯变形导致的废品，极大地提高了零件成品率和加工效率；3、视频测量结合cad辅助确定基准的工艺方法可以广发推广到其他不易确定加工基准的工艺设计中，已获得较好的社会效益。
附图说明
17.图1为本发明的工艺流程图；图2为本发明涉及零件的二维示意图；图3为本发明涉及零件的锻造毛坯及粗铣基准示意图；图4是本发明涉及零件的视频测量结合cad确定基准示意图；图5是本发明涉及零件两次线切割成形示意图；图6是本发明涉及零件的右端球头及环槽车削夹具图。
具体实施方式
18.如附图1-5所示，本发明的加工工艺具体包括如下步骤：步骤一、锯床下棒料。
19.步骤二、锻造毛坯，厚度方向因应力变形大，要留加工余量3-4mm，避免毛坯因应力变形而导致成品零件轮廓外形亏料报废。另外由于高度方向变形小，可以减小单侧留量到1-2mm。
20.步骤三、调质处理保证产品力学性能。
21.步骤四、立式铣床铣相互垂直的三个相邻平面用于后序测量和加工定位。
22.步骤五、利用视频测量仪测量出锻造毛坯轮廓并转化为dwg/dxf格式。
23.在视频测量仪上投影出锻造毛坯厚度方向的轮廓（此方向变形较大，容易出现成品亏料现象），再利用仪器的文件导出功能，将测量出毛坯轮廓线输出成cad软件能够识别的dwg或dxf格式文件。
24.步骤六、利用caxa电子图板、auotocad等二维绘图软件读入毛坯轮廓，并导入产品实际外形图，使其完全包容于锻造毛坯轮廓内，且尽可能使两侧均有较大余量，避免切割后实际外形亏料报废；根据产品外形轮线在毛坯锻造轮廓的位置，测量出零件外形基准点到毛坯基准面的xy距离，从而确定线切割加工的基准。
25.由于一批锻造毛坯的外形尺寸及应力变形量基本一致，所以投影检测毛坯轮廓和结合cad确定精加工基准基本尺寸相差不大，因此一批毛坯可以投影确定1-2件定位尺寸即可，从而在保证成品率的前提下，提高生产效率。
26.步骤七、用步骤四中的基准面定位，并根据cad给出的基准点和基准尺寸，线切割零件高度方向外形（厚度形状）。
27.步骤八、二次装夹，用第一次线切割外形和步骤四中的左侧基准面定位，线切割宽度方向外形。
28.步骤九、用数控车床和尖头软三爪装夹零件左端外圆面，让开圆柱面与杆身截面结合位置，同时异形杆身翘曲出三爪卡盘外，车内孔成形。
29.数控车床车削内孔时，用三爪卡盘夹紧左端圆柱面时，需要修整三爪定位部分为尖头形状，以让开圆柱面与杆身截面结合位置，同时异形杆身翘曲出三爪卡盘外。
30.步骤十、利用专用车床夹具的空间定位，车削右端球头及环形槽，保证零件左端孔和右端轴线的空间距离关系。
31.设计制造一种空间定位的车床夹具，利用零件空间外形和右端圆柱面定位，保证零件的右端球头和环形槽的轴线与夹具的回转中心和机床主轴一致，从而保证最终车削的零件尺寸和形位公差符合产品要求。
32.车床夹具的具体结构如图6所示，其包括呈c字形的夹具体1、设置在夹具体1开口位置处的底板2、设置在底板2上的定位面3以及设置在定位面3一端的轴向圆定位槽4，定位面3为一个倾斜的平面，对加工件上的一侧面对应，并且在底板2上，并且位于定位面3的一侧设有两个径向定位销5，防止加工件在平面上出现晃动。所述轴向圆定位槽4与加工件端部上的轴向圆相对应。
33.采用特制的车削工装，完成三维空间异形长杆车削加工，提高了零件加工效率，保证了零件成品率。
34.步骤十一、钳工修整零件外形棱边。
35.步骤十二、根据零件要求打标刻字。
36.步骤十三、磁粉探伤。
37.步骤十四、包装入库。
38.本发明创造性提出视频测量结合cad制图确定机加工基准的工艺方法，解决了因异形锻造毛坯变形而导致的加工面亏料报废现象，有效提高成品率3倍以上。同时也解决了三维异形长杆零件精锻精铸成型周期长、成本高，机加工效率低的问题。
39.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。