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摘 要：本文重点介绍了2012年湖北省青年职业技能大赛钳工五角星装配体的结构、制造工艺和测量方法,并与大赛中其他加工工艺进行了对比分析.通过竞赛结果、实战加工和对比分析,发现较佳的加工工艺与测量方法.
关 键 词：五角星装配体工艺与测量对比分析
课题：湖北省教育科学“十二五”规划课题（2012B249）；武汉市重点专项课题（2012B009）.
不论科学技术发展得多么快、多么高精尖,不论什么时代,机械加工行业都需要高技能型人才.钳工作为机械行业最基本的工种,具有“万能”和灵活的优势.在机械自动化迅猛发展的当今,钳工仍然有不可替代的作用.职业技能竞赛在规定的时间段内,主要比拼的是工艺方法和技术.笔者参与了2012年湖北省青年职业技能大赛钳工比赛,在制作五角星装配体技能竞赛中,总结了该工件的加工工艺过程,并与其他选手的加工工艺过程进行了对比分析.
一、五角星装配体的结构与技术分析
该零件是由件一、五角星和件二托架组合而成,如图1所示.依据国家职业标准工具钳工高级工命题.五角星外接圆直径为φ70mm,托架尺寸为70×40mm.材料为45#钢,厚度为8mm.五角星装配体要求五角星与托架配合后进行五次转位,在五次转位中配合间隙要小于0.03mm,因此配合间隙比封闭配和锯后配更小,精度要求更高；技术要求规定该零件未标注公差按照IT12级加工和检验；制作过程中不允许使用二类工具；赛件表面沿周边1mm处,不做检测要求；配合件所用锐边倒钝0.2×45°；在加工过程中,对违反安全生产操作规程方面,视具体情况扣1～5分.
二、装配体加工工艺过程
托架件为装配体的底座,托架加工的好坏和精度的高低,直接影响其上五角星的制作、测量及配合尺寸精度,因此托架加工作为该装配体加工的第一步.
1.托架的划线
首先,检查毛坯件是否达到尺寸要求,选择合适的相邻两面,进行修锉和精锉,使垂直度达到0.01mm,并以这两面为基准,保证尺寸70+-0.01mm.将托架放置于平板上,长边与平板接触,用高度游标尺划20mm尺寸线；将托架放置在正旋规上（规格100×80mm）,使用正旋规进行辅助划线,将正旋规用量块垫起角度为36°,经计算所垫高度为58.78mm的组合量块,将游标高度尺调整到82.51mm进行划线；将托架调换方向,再划线,所划两条线之间夹角为108°.划线完毕后,复查所划轮廓线是否准确.
2.托架的加工测量与对称度的控制
开始进行锯削加工,锯削掉托架左上、右上方的两肩；粗锉、精锉四面,首先使两肩水平面达到尺寸,锉削该零件时,尽量做到基本尺寸20mm,对零公差；然后再做108°角所夹的两条边,在加工角度过程中,应使用正旋规、组合量块、杠杆表进行检测,直至保证180°+-2′相对于基准70+-0.02mm中心线的对称度为0.02mm的精度要求.
3.五角星体的划线
根据图样技术要求,五角星外接圆为φ70mm,坯料大小为×65×8mm的板料,其两相邻边垂直度为0.02mm.根据坯料的实际情况,修锉相邻三边,保证尺寸70+-0.01mm,以及三边相互垂直度.将其三边作为基准,选择70mm长边放置平板上,通过计算划线39.13mm.然后将坯料放置在正旋规上,将正旋规垫起角度为18°和36°,经计算,垫起尺寸分别为30.90mm和58.78mm两组组合量块.分别进行两次划线,划出尺寸线为90.25mm和64.66mm.这样所划出的4条线与在平板上划出的1条线,构成了一个五角星图形.最后复查所划线是否正确.
4.五角星体的加工过程与测量
五角星体由10条边构成了5个内角,先锯削掉五角星水平方向两内肩角.粗锉,精锉两肩所夹的四条边,其中两水平边的测量方法是将其放置在平板上,用杠杆表进行检测,保证尺寸39.13+-0.01mm；另两边的测量是将工件放置在正旋规上,将正旋规垫起角度为18°,所垫高度为30.90mm的组合量块.用组合尺寸为90.25mm量块,配合杠杆表进行测量；将工件翻转一次,测量另一边,直到两边达到尺寸90.25+-0.01mm.这里值得注意的是,两内角之间的夹角一定要清根,成为尖角,并避免内夹角有小凸起或小台阶,影响和托架的配合间隙.
锯削掉五角星左下或右下其中一个内角,两条锯削边构成为108°内夹角.粗锉,精锉两边,使余量为0.3mm左右,其中一条边的测量方法也是用正旋规、组合量块、杠杆表进行测量,保证尺寸90.25+-0.01mm；另一条边则要通过托架支撑后进行测量,组合61.18mm量块,配合杠杆表进行测量,保证尺寸61.18+-0.01mm.
最后锯削掉五角星剩下的两个内角.粗锉,精锉四边,使其余量为0.3mm左右.测量时,在平板上用托架托起五角星,使测量面处于水平位置,对61.18mm的组合量块,用杠杆表来进行测量,配合精锉和修光,保证尺寸61.18+-0.01mm.
三、竞赛中其他加工工艺的对比分析
由于竞赛是同时进行的,时间为300分钟,因此在加工工艺上笔者并未做与其他人做深入交流,但两套加工工艺过程大致是相同的.两相比较,在制作过程中,各自还是有着一些不同的地方,下面介绍其他加工工艺中关键加工方法的不同之处.
1.托架的划线
将托架放置于平板上,用高度游标尺划出20mm和37mm尺寸线,托架在平板上转动90°,划出55.57mm、35mm、14.43mm尺寸线,用钢皮尺和划针将37mm与35mm交点和14.43mm与20mm交点相连接；将37mm与35mm交点和55.57mm与20mm交点相连接,得到108°角的两条边,如图2（b）所示.
（a）用正旋规对托架划线（b）手工连接划线
图2托架的划线
2.托架的加工与测量
锯削左上或右上一肩角.粗锉,精锉两面,使一肩角水平边尺寸为mm.再做该肩角的另一边,测量时用万能角度尺分别测量外角144°和内角144°,如图3（b）所示.用带表游标卡尺测量保证托架一斜边到其对角点尺寸50.51mm.再锯削另一肩角,其方法同上.
（a）用正旋规辅助测量角度
（b）万能角度尺测量角度
图3托架的测量
3.五角星体的划线
根据实际坯料的情况,修锉相邻三边,保证尺寸70+-0.01mm,及三边相互垂直度,并将其作为基准.选择70mm长边放置在平板上进行划线,划出39.13mm,63.32mm尺寸线,将工件在平板上转动90°,划出69.21mm、55.57mm、35mm、14.43mm、0.79mm的尺寸线,用钢板尺和划针,每相隔一交点两两相连,勾画出五角星图形,如图4（b）所示.划线完毕后检查所划线是否正确.
（a）用正旋规对五角星体划线
（b）五角星体手工连接划线
图4五角星体的划线
4.五角星体的加工过程与测量
锯削去掉五角星两角之间的一个内角.粗锉,精锉两内角面.用游标万能角度尺来测量角度,保证90°和108°角的精度；用带表游标卡尺测量39.13mm尺寸,大致测量35mm尺寸,然后按照以上方法,依次锯削,锉削五角星其余四个内角,测量时使用万能角度尺和带表游标卡尺,如图5（b）所示.
（a）用正旋规、托架进行测量
（b）用万能角度尺进行测量
图5五角星体的加工测量
使用游标万能角度尺、带表游标卡尺等量具加工五角星装配体,首先工艺过程不大合理与流畅,随着加工的深入,会出现各种测量和加工困难.首先是受到划线精度误差的影响,特别是在用钢板尺和划针连接的线条上存在很大的划线误差.其次是在加工过程中,工具和量具的使用上,普通的万能角度尺和带表游标卡尺不能满足该零件的加工工艺和精度要求.特别是单个角度精度的误差、累积角度误差以及对称度误差等方面.再有就是随着加工过程的不断深入,加工累积误差越来越大,直至加工到五角星最后一个角度时,角度的累积误差就会直接地显现出来,此时就已经到了无法补救的程度,达不到技术要求,甚至出现废品.因为从第一个角度开始,误差一直在不断地慢慢累积,所以导致五角星的角度存在误差.最后致使与托架的配合间隙达不到要求,甚至还会因自身或托架的角度原因,导致对称度、配合的高度尺寸精度都达不到技术要求.
在采用正旋规、组合量块、杠杆表测量进行加工时,首先在量具精度等级方面就比万能角度尺、带表游标卡尺高一精度等级；其次是使用量具,符合五角星装配体的加工工艺,保证其各部位符合技术要求；并且在使用方法上比较简单,易于操作,能灵敏、真实地反映出实际尺寸.但要求操作者具备一定的钳工技能水平,特别是锉削基本功要扎实,快速、细心,才能零失误地达到图样要求.在省级技能大赛中,选手都是从各市、州、大型企业事业单位选拔出来,技能水平基本上处在相同水平,此时技能竞赛的比较,实质上是比较加工方法和工具、量具的使用.经过本次技能大赛最终的成绩比较和赛后实际实验比较,采用前一种加工方法优于后一种加工方法.
值得注意的是,五角星装配体采用正旋规、组合量块、杠杆百分表进行测量时,应保持零件与正旋规结合面干净、清洁、无铁屑、无杂质.每次测量前,应将杠杆百分表先对组合量块测量,记住表上指针的位置,或调整表盘,使指针对准零位,以便测量准确.还需要强调的是,操作者在使用正旋规转动角度,计算所垫量块高度尺寸、测量尺寸、三角函数的计算等方面应做到得心应手.
对比结果表明：采用万能角度尺和带表游标卡尺加工工艺加工五角星装配体具有加工难度大、测量精度不够的特点,与采用正旋规、组合量块、杠杆表对零件进行加工的工艺相比,存在一些差距和不足之处.在职业技能竞赛中,参赛选手要不断提高工艺水平和生产用工具、量具的水平,完善加工工艺的合理性、测量方法选用的正确性以及技术技能的掌控能力.