十字（zì）體零件的結構特征和加工難點

根據十字形零件的（de）結構特點和加工難點，對原（yuán）材料、熱處理和機械切削逐一進行了分析。通過合理的工藝設計，采用粗精加工和（hé）標準統一的方法，避免了加工過程中的質量問題。

1前言

煙草機械是（shì）一種特殊設備，是按訂單投入生產（chǎn）的。零件的生產批量（liàng）一般小於（yú）5件/批，屬（shǔ）於多品種小批量（liàng）離散加工。“X”部分是連接到濾棒成型裝置中刀頭組件中心的傳動部分。設備工作時，帶（dài）動刀盤高速旋（xuán）轉，對設計（jì）精度要求（qiú）很高。零件的精度直接影響刀頭的動平衡和卷煙濾棒的切割質量。

2加工難點分析

它是一個十字形零件的三維模型，整個零件為中心對稱結構，材料（liào）為20CrMnTi。圖2顯示了十字（zì）形零（líng）件的加工尺寸（cùn）要求(局（jú）部)。零件周圍有四個φ18.27h4樞軸。樞軸垂直（zhí）度（dù）和同軸度0.01mm，樞軸與零件側（cè）壁垂直度0.01mm，樞軸要（yào）求局部滲碳淬火，淬火後硬度58 ~ 63 HRC，設計（jì）精度高，材料加工難度大。零件下料尺寸為φ220mm×66mm，加工過程中金屬去除率達到91%。材料去除量大，加工變形（xíng）不易控製。

3粗加工和半精加工工藝流程

滲碳是金屬材料常用的熱處理工藝，它可以使低碳鋼工件具有高碳鋼（gāng）表層，然後通過淬火和低溫回火，使工件表層具有較（jiào）高的硬（yìng）度和耐磨性，而工件中心部分（fèn）仍保持低碳鋼的韌性和（hé）塑性。這種熱處理（lǐ）方法（fǎ）由滲碳和淬火兩（liǎng）部分組（zǔ）成。在淬火（huǒ）過程中，隻有早期滲碳區域的硬度會發生較大變化。對於有局部滲碳淬火要求的零（líng）件，可以在加工過程中對整（zhěng）個零件（jiàn）進行滲碳，然後去除非淬火區域的滲碳層，再進行淬火（huǒ），從而達到局部淬火的目的[1]。

四個支點要求局部滲碳淬火硬（yìng）度為58 ~ 63 HRC，滲碳層深度DC為1.2 ~ 1.4 mm..為了便於後續的加工，四個支點的硬度要達標，而零件其他部位的硬（yìng）度不會發生變化。因此，有必要通過控製（zhì）滲碳區來控製淬火區的硬度。由於滲碳層深度DC要求為1.2 ~ 1.4 mm，滲碳前（qián）的粗加工必須（xū）保證非淬火（huǒ）表麵的加工餘量大於（yú）1.4 mm。同（tóng）時，為了最大限度地消（xiāo）除粗加工產（chǎn）生的應力集中，考慮了（le）中（zhōng）間零件粗加工和人工時（shí）效的方式。

加（jiā）工（gōng）後零（líng）件周邊側壁的（de）最終尺寸為110mm×70mm。為（wéi）了控製滲碳（tàn）麵積，將中間件的（de）外（wài）周側壁粗（cū）加（jiā）工到（dào）120mm×80mm，四個支點粗加工到mm，滲碳後通過半精加（jiā）工，將中間件周圍（wéi）的（de）側壁尺寸加工到（dào）111mm×71mm，這樣（yàng）就可以（yǐ）完全去除側壁周圍的滲碳區域。

4整理工藝流程（chéng）

因為精加工時四個φ18.27h4樞軸的（de）硬度為58 ~ 63HRC，所（suǒ）以需（xū）要使用外圓磨削。為了（le）保證四個樞軸的（de）幾何公差，在磨削前，樞軸（zhóu）頂部60°中心孔的幾何精（jīng）度應小於0.01mm，因此必須設計專用工裝來保（bǎo）證（zhèng）四（sì）個樞軸（zhóu）頂部60°中心孔的位置精度。

經分析發現零件底部有兩個φ5E8銷孔，可采（cǎi）用一側兩銷的定位方式。一（yī）麵兩銷定位（wèi）是機械加工（gōng）中最常用的定位（wèi）方法之一，屬於完（wán）全（quán）定位。它是一種以一個平（píng）麵（miàn）作為第一（yī）定位基準，以垂直於該基準平麵並與該基準平麵相（xiàng）通的（de）兩個孔作為另外兩個基準平麵的定位方法。使用時，為了便於夾緊和防止過定位，兩個銷分別（bié）為圓柱銷和菱形銷（xiāo）[2]。

同（tóng）時，由於零件（jiàn）底（dǐ）部四周有四個（gè）M4螺紋孔，零件在（zài）工裝上的夾緊方式是下拉夾緊，即零件一（yī）側用兩個銷釘定位後，用螺釘下拉四個M4螺紋將零件緊固在工（gōng）裝上。

考慮到粗加工後，寬度82mm、深（shēn）度7mm、兩個15°斜麵的齒輪尚未加工，仍有（yǒu）較大餘量，加工時仍有零件變形的（de）風險。同時，φ23mm孔、φ18N7孔、φ14N7孔和四個R40mm圓弧麵(見圖1右上四分之一圓弧)的粗加工也有零件變形的風險（xiǎn）。為了在加工四個樞軸頂部的60個中心孔之前完全消（xiāo）除變形，在用平（píng）麵磨床磨削兩個（gè）平麵之前，需要對上述零件進（jìn）行半成品加工。對於非公差尺寸，可在平麵磨床磨削前完成，不影響後續加工。為了方（fāng）便平麵磨床加工，在半精加工過程中，我們（men）選擇在（zài）51mm的上下表麵留0.2mm的磨削餘量[3]。整理過程如表2所示。

C40U五軸加工中心在50道工序中使用工裝對51mm平板進行調平。由於機床的定（dìng）位精度誤差和工作台（tái）旋（xuán）轉時（shí）的軸向圓跳動誤差，如果不消除機床誤差，四（sì）個樞軸的60°中心孔位（wèi）置可能超差，導致（zhì）零件報廢。針對機床精度誤差的問題，用（yòng）四個樞軸加工它們（men）的60°中心孔時，要分別建立相應的坐標係，即工件對準雷尼紹三維測頭後， 每個麵分別用雷尼紹3D測頭標（biāo）定，消除機床（chuáng）精度誤差，保證四個支點（diǎn）端部60個中心孔的位置誤差≤ 0.01mm，由於四個支點端麵的垂（chuí）直度為0.01mm，加工時要保證軸的（de）外圓和端麵（miàn）“一刀落地”，軸的端麵要用外（wài）圓磨床磨。 考慮到砂輪在磨削端麵時會磨（mó）削機床（chuáng）頂針，為了避免頂針損壞（huài），在工藝設計中，將四個樞軸端的60°中心孔改為60°中心孔和120°保護錐的形式，使樞軸端麵與機床頂針在磨削麵上有一定的間隙，避免了磨削幹涉（shè）。步驟80用外圓磨床用兩個塞孔定位，磨四個φ18.27mm軸外圓，磨(150±0.05)mm和(110±0.05)mm軸端麵，保證四個軸（zhóu）在一個平麵內的（de）中（zhōng）心誤差≤0.01mm，並滿足其他公差要求（qiú）。

在步驟90中，使用線切割設備在（zài）四個樞軸的端部加（jiā）工1 mm× 90 V形槽。由於四根樞軸經滲碳淬火後硬度達到58 ~ 63 HRC，難以（yǐ）用常規刀具實現銑削加工，所以采用線切割進行電火花加工。如果在滲碳（tàn）淬火前加工V型槽，會破壞四個樞軸的60°中心孔的形狀，導致加工樞軸時外圓磨床定位（wèi）不準。因此（cǐ），V形槽必（bì）須在外圓磨床加工後進（jìn）行加工。

經三坐標測量機檢測，十字形零件的所有（yǒu）尺寸（cùn）公差均符（fú）合圖紙（zhǐ）要求，零件合（hé）格。

5結束語

前端零（líng）件的質量（liàng）對濾棒成型機的穩定運行至關重要。該零件設計精度高，材料加工難度大，材料去除量大，加工變形不易控製。在工（gōng）藝（yì）設（shè）計過程中，巧妙地采取了預防和補救措施，通過磨削修正了銑削變形誤差，並增（zēng）加了中心孔錐麵保護，避免了端麵磨削。這些細（xì）節保（bǎo）證了零（líng）件的加工質量。該工藝方案已推廣應用於其它類似零件的（de）加工，取得了良好（hǎo）的效果。