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本文以某公司为例，对发动机正时链条盖的快速样件加工工艺、夹具设计方案与夹具功能特点， 进行了详细的分析，并提出了CNC 加工工序中遇到的制约生产的技术问题产生的原因，给出了具体可行解决方案。
图1、2 为某汽车公司的一款乘用车发动机使用的发动机正时链条盖，此链条盖用于2.0 和2.0T 两款高性能发动机上。在开发初期发现并改进新产品设计缺陷，避免新产品投产后造成的设变成本损失，快速样件正好是用于发动机在前期开发前期性能测试、缺陷的发现以及验证产品的验证特殊特性。由于模具和夹具的开发周期较长，为了缩短汽车在研发过程中的周期，往往用铝块进行快速加工，使得前期的开发时间以及开发成本大大降低。这也是为什么很多产品样件都是使用快速加工的原因之一。
情况分析
在做此类产品的时候往往要考虑的有两个方面，一是产品的精度，另外一个就是产品在教工过程中如何防止产品的变形。最初使用的材料是T6 的只是做过人工时效，但是当粗加工完成后发现产品变形量达到了0.8MM 以上。后来更改加工工艺：将产品两序粗加工完成后进行精加工，最后发现产品的变形量达到了2.0MM，产品变形量已经远远超出了合理的范围，无法继续进行加工。经过当场分析，发现是材料内部应力集中造成， 可是如果需要将材料时效需要很长时间，但客户的订单周期时间很短。 （图片） 通过查阅资料，选用的另外一种材料是6061 铝板型号为T651。一般情况下，T6 的内应力会比较大，加工会变形，最适合加工的状态应该是T651，它是在T6 的基础上进行拉伸，消除内应力 6061 铝合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si 相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用; 有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低。买回来T651 的材料后，进行加工后发现产品的平面度在0.15MM 以内，我们要控制是产品的平面度不超过0.4MM，完全合格。
图3 正时链条盖机加工简图，链条盖和其它汽车零件相比，易变形，加工精度高，装配表面质量要求高。此零件是发动机总成的部件之一，有着严格的装配尺寸要求和较高的形位公差精度。零件最大外形尺寸511×3100×81.75。铝料的规格为650×320×85.（图片） （图片） （图片） 设计方案
产品的加工工艺分为3 个序进行加工，一序加工链条盖内侧， 并且将所有周边过孔在一序全部加工出，另外需要用到二序的定位孔，位置度收严到0.05MM（如图4）。（图片） 根据零件的结构和技术要求，经反复分析讨论，确定了零件机加工分三序进行加工：
OP10 工序加工采用立式数控加工中心进行加工，通过铝块的T 型槽将铝块压在机床上。加工铝块的两面以及X 方向和Y 方向基准加工，并且粗加工铝块（ 如图5）. 粗加工结束后对产品进行精加工，周边过孔加工以及销钉孔的加工。这样的工艺是保证所有孔在同一序加工，保证了孔的位置度。（图片） 产品的精度以及外观要求我们在加工之前也必须要做一个评估，如果精度要求很高我们就必须要增加半精加工，但是此链条盖的关键部位在于定位销钉的位置度，周边过孔的位置度以及最重要的油封孔的位置度，所以对产品外观的精度要求不是很高，只要清角到位即可。 （图片） OP20 工序加工采用立式数控加工中心，采用典型的一面两销（固定销）定位夹紧方案，以零件A 基准端面及两周边过孔作为基准定位销孔2-Φ10+0.087 +0.067 实现定位（如图4），加工背面整体外形， 但在加工背面整体外形的时候需要考虑装夹压紧部位（如图7），所以我们在加工过程中分为三个步骤：第一，粗加工中部区域，粗加工完进行精加工，以及清角。第二：将四个（M10）内六角螺栓固定住产品进行粗加工周边的材料，并精加工完外形。第三：最后精加工与缸盖罩的密封面，以及三个M12 牙的端面。（图片） OP30 工序加工采用立式数控加工中心带A 轴回转的加工中心桥式夹具， 夹具结构同OP10 工序一样，采用典型的一面两销（固定销）定位夹紧方案， 以零件A 基准端面及B 基准定位销孔2-Φ5.95+0.087 +0.067 实现定位，加工油封孔、6 个M6 牙孔以及3 个M12 牙孔； A 轴回转+90°，加工3-M12 以及4-M6 牙孔。( 如图10)（图片） （图片） （图片） 机床全部选用美国产HAAS VF3SS 立式加工中心， 机床数控操作系统为HAAS 专用的操作系统， 主轴采用12000rpm 的有色金属切削专用主轴， X/Y/Z 运动行程1016/508/735 mm， 机床工作台尺寸1219×457 mm，X/Y/Z 定位精度±0.0050mm， 重复定位精度±0.0015mm。夹具转台选用HAAS HRT310 规格。
加工工艺关键点：主要是考虑产品的变形问题，工艺的安排，刀具的定制，在整个生产过程中重要尺寸部位油封和销钉孔都是使用的复合刀具，且精加工刀具全部采用PCD 镗刀和铰刀。这样大大提高了产品的表面质量，尺寸精度以及使用寿命。
问题
零件在加工过程中陆续了出现了一些问题，主要体现在以下方面：
1，OP10 工序的A 基准端面的加工平面度0.4MM，刚刚开始选用的材料是T6 规格的，经过人工时效处理过，但内部应力没有完全去除。更换了T651 材料后此问题解决。
2，OP10 工序的B、C 基准定位销孔2-Φ5.95+0.087 +0.067 铰孔过后出现位置度超差，以及中心距242.0±0.05 mm超差， 也是由于产品变形所致。此产品很可惜就报废了。
3，OP10 工序在精加工过程中D8R0.5 的牛鼻刀出现掉刀现象，这个主要原因是由于精加工的余量偏大，在加工过程中进给很快使得刀具掉刀，不过出现这种情况后将产品下降2 个MM，此产品能挽救回来。
4，OP20 在加工完后发现产品的表面有压伤情况，最后查出原因就是粗加工的部分铝屑跑进了产品的加工面下面，然后螺栓在一锁紧就造成了产品压伤。在产品粗加工结束后将产品拿下来清理干净接触面，随后在将产品压紧，此问题得到了有效控制。
结论
通过不断的更改尝试，工艺的优化，最终按时完成了客户的订单。此次加工过程中，我们也掌握了一套自己的快速样件加工技巧，用最有效的时间，最节约的成本来创造出最大的利益。
10/8/2014
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