叶片泵缸体加工工艺关键工序及夹具设计的研究

金正宾

摘 要：压缩机缸体具有良好的密封性，位置精度要求高，加工难度大。本文通过对缸体加工进行合理工艺路线设计以及关键工序夹具设计成功解决批量生产中的难点。

关键词：缸体 加工工艺 夹具 定位基准

在内燃机、变速箱、各类泵等机械机构中，缸体作为核心部件，在整个系统中的作用至关重要。一般来说，缸体的形状复杂、壁薄，要求具有足够的强度、硬度和刚性，具有良好的密封性，其形位公差精度高，加工制造难度大。尤其是叶片泵压缩机作为家用空调的核心部件，其缸体结构更为典型，产品社会需求量大，要求使用寿命长，因此对加工工艺的要求高，生产和制造难度大。

一、零件特点

叶片泵压缩机的缸体，为整体铸造成型，结构形状复杂，需加工的面、孔较多，壁厚不均，尺寸精度和位置精度要求高。其主要加工面有上下端面、外圆、内圆、螺纹孔、定位孔、缓冲孔、铆钉孔、进气孔、开槽孔、缓冲槽、斜槽等。缸体上下端面连接上、下支座，为偏心轴提供支撑；缸体内壁与叶片、环三者配合形成泵的高低压区，其加工精度直接影响到整个泵体的装配精度和工作性能，因此为保证缸体的加工精度，必须依靠高精度的设备、可靠的夹具与合理的加工工艺。

二、加工工艺设计

在保证产品质量的前提下，要充分考虑生产周期、设备、成本、夹具、环保等因素，根据企业自身实际，积极采用先进工艺和装备，不断提高企业工艺水平。加工设备以企业现有通用设备为主，以定制专用设备为辅，减少企业因为机种变更而带来的更换机床的成本；夹具多采用专用夹具，设计结构简单，装夹定位可靠；夹紧方式多采用气动、液压夹紧方式，速度快、效率高。

先加工基准，后加工其他位置，先加工平面后加工孔，关键工序采用一次装夹完成全部加工内容的方案，使工序尽量集中，以确保产品精度能满足缸体工艺能力和设计图样技术要求。整个生产线采用湿式加工，要求在整个生产过程中做好防锈和产品保护，全部加工面严禁碰伤。

设计加工工艺路线为：粗车端面、内径→粗车端面、外径→精车端面、内径→精车端面、外径→钻定位孔、铣斜槽→钻铆钉孔、缓冲孔→钻螺纹孔定位孔→钻螺纹孔→螺纹孔倒角→攻螺纹→钻开槽孔→钻三点焊孔、倒角→抛光、去毛刺→粗钻进气孔→精钻进气孔→铣缓冲槽→刻字→防锈包装。

三、关键工序及夹具设计

1.粗、精车端面、内径与外径

机床采用通用数控车床，液压三爪卡盘自动夹紧。加工顺序：先粗车端面、内径→粗车端面、外径，然后再精车端面、内径→精车端面、外径。加工中互为基准，正、反面装夹加工。夹具为通用三爪液压自动夹头，定位面直接在三爪卡盘上利用同心环车出。加工完成后除检测加工尺寸外，还应检查整个工件加工面有无黑皮、有无砂眼，工件在拆装过程中严禁碰伤。

2.钻定位孔、铣斜槽

加工位置如图1所示。孔系位置精度要求高，而且其中两个孔还将作为后续工序的定位基准孔，孔径超过上偏差会导致后面工序定位误差过大，超过下偏差会导致后续工序无法正常装入夹具，对整个缸体零件加工的影响至关重要，因此需要采取在同一台机床上一次装夹完成加工。考虑到单一工件加工方式加工部位少，加工时间短，辅助装夹占用时间过长，因此决定采用双面旋转工作台加工中心，设计专用夹具，一次装夹完成多个零件加工，这样装夹与加工同步进行，装夹时间不额外占用C/T时间，加工效率大幅度提高。

夹具设计如图2所示。采用支撑销钉定位缸体下端面、缸体内径套在内径芯轴上、缸体小端向左侧旋转紧靠限位螺钉定位。在定位安装完毕后采用压板压紧缸体。整个夹具设计力求简单可靠、损坏后更换容易、成本低、可靠性好。

图1 钻定位孔、铣斜槽 图2 加工中心夹具

3.钻螺纹孔、定位孔

加工位置如图3所示。采用多主轴专用机床，一次加工完成5个定位孔。夹具设计如图4所示。采取缸体内径对应内径芯轴置入、定位孔套入定位销中、整个缸体下端面紧贴支撑销、液压抱爪自动压紧定位。

定位孔大小及位置将对后期钻螺纹孔、功螺纹等产生重要影响，因此必须保证定位孔各项尺寸、位置准确合格。

图3 螺纹定位孔 图4 螺纹定位孔夹具

4.铣缓冲槽

加工位置如图5所示。机床采用专用卧式铣床，刀具为圆盘状锯片铣刀。夹具设计如图6所示。以定位孔和定位销为定位基准，装入工件，液压抱爪压紧。

图5 铣缓冲槽 图6 卧式铣床夹具

四、工艺调整与分析

在整个加工工艺流程中，工序3，分为两个工步，可以采用双主轴机床和旋转式或者移动式工作台，一次装夹完成铆钉孔、缓冲孔加工。这样可以减少占地和人工，降低劳动强度，但会相应降低机床的通用性，增加机床设计、制造成本，对于机种更换、加工零件变动，会带来设备调整的困难。

在第4～8道工序中，可以采用多主轴专用机床，这样可以使工序集中，减少零件装夹次数，减小定位误差，减少零件在装夹和周转过程中的碰伤机会。但会相应降低机床通用性，增加机床设计、制造周期和成本，对于机种更换、加工零件变动会带来设备调整的困难。

在第11、12道工序中，可以采用双主轴、双工位专用机床，一次装夹完成粗钻进气孔、精钻进气孔，减少装夹次数。由于在粗钻进气孔完成后，如果在精钻进气孔工序中夹具磨损定位误差偏大，会造成精钻进气孔时钻偏或除料不均匀导致报废。

五、总结

通过合理安排加工工艺，有效利用工厂现有机床，减少了企业设备投入成本。采用大型动柱式双工作台加工中心、数控车床加工核心部位，工序相對集中，保证了零件的尺寸精度和位置精度。采用普通钻床等经济型通用设备完成其他位置加工，降低设备购置费用。尽可能减少专用机床的使用量，以增加设备的通用性。装夹工件多采用专用设计夹具，提供准确、可靠的定位，提高装夹效率，为高品质、高效率生产提供保障。长时间生产验证表明，此设计能够满足年生产600万件的批量生产任务，加工出的产品精度高、废品率低、生产成本低、生产效率高。

参考文献：

[1]庞浩.数控加工工艺[M].杭州：浙江大学出版社，2005.

（作者单位：惠州市技师学院）