以車(chē)代磨加工技術(shù)在高精度薄壁零件上的應(yīng)用

中航工業(yè)航宇救生裝備有限公司（湖北 襄陽(yáng) 441003) 郭 冉

外筒零件的加工是我公司在生產(chǎn)汽車(chē)自卸車(chē)液壓設(shè)備一種精密零件中的瓶頸，其要求加工精度和幾何精度高，又是薄壁深孔件，裝夾時(shí)變形大，還是一種不易切削的合金材料。初始采用萬(wàn)能磨床磨內(nèi)孔的方法，不但產(chǎn)品合格率低而且生產(chǎn)效率也低。通過(guò)對(duì)加工過(guò)程的特征進(jìn)行分析，認(rèn)為數(shù)車(chē)與磨削加工同樣都能達(dá)到外筒零件所要求的加工精度和幾何精度，而數(shù)車(chē)較磨削加工的效率高。外筒零件精加工的變形是出自零件的夾緊方向，是因?yàn)楸”诩荒艹惺軓较蛄?，卻能承受較大的軸向力而不變形。只要能解決這些問(wèn)題，就能解決該類(lèi)零件加工過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以車(chē)代磨，高效率地加工出高精度薄壁深孔的零件。

1.外筒零件加工工藝分析

外筒零件材料是30CrMnSiA，結(jié)構(gòu)如圖1所示，零件異型特征如下:

圖1 外筒零件圖

(1)零件外形由扁耳、圓凸臺(tái)、方凸臺(tái)和外圓構(gòu)成，且型面復(fù)雜，裝夾面不規(guī)則。

(2)零件孔深，且為不通孔，孔深尺寸 (179±0.1)mm不允許超差?？椎锥嗣嬷辉试S有φ4mm鉆圓弧孔，底端面要求高，內(nèi)孔表面粗糙度值要求小。

(3)零件尺寸精度要求高，關(guān)鍵尺寸公差要求控制在0.03mm之內(nèi)。零件幾何公差要求也高，孔的圓跳動(dòng)為0.012mm，孔底端面圓跳動(dòng)為0.025mm，外圓與孔的同軸度為0.015mm。

(4)零件是薄壁件，最薄處壁厚為3mm。在加工中變形大，因此加大了對(duì)控制尺寸精度和幾何精度的要求。

2.加工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

針對(duì)以上零件特點(diǎn)可以分析出加工的難點(diǎn)集中在內(nèi)孔的加工，孔為深孔且又為盲孔，薄壁的變形極大地影響圓柱度0.012mm和同軸度0.015mm的要求。按常規(guī)加工方法應(yīng)該采用萬(wàn)能磨床磨內(nèi)孔及外徑，但實(shí)際加工中結(jié)合本單位的機(jī)床現(xiàn)狀，試制后發(fā)現(xiàn)以下的問(wèn)題:①零件孔底端面由于磨桿過(guò)長(zhǎng)，振動(dòng)大，導(dǎo)致端面圓跳動(dòng)0.025mm超差。②由于萬(wàn)能磨機(jī)床本身在X方向沒(méi)有刻度控制，加工時(shí)尺寸(170±0.1)mm完全靠操作者經(jīng)驗(yàn)控制，超差件多。③磨內(nèi)孔加工效率極低，一個(gè)工作日才能加工一件。④內(nèi)孔和外徑加工分為兩工序，薄壁變形影響到同軸度的要求。

針對(duì)以上問(wèn)題，項(xiàng)目組大膽嘗試采用數(shù)車(chē)加工代替磨工，以獲得高效率和高質(zhì)量的產(chǎn)品零件。

3.工藝安排及關(guān)鍵工序確認(rèn)

為了減少零件加工的變形，工藝安排如下:鍛件料→粗車(chē) (外形、內(nèi)孔去大余量)→熱處理去應(yīng)力時(shí)效→半精車(chē) (內(nèi)孔及φ72mm、φ74mm和φ78mm外圓，均留余0.3mm)→加工中心 (銑外形各處凸臺(tái)、銑扁、制各孔，φ32mm孔、φ12mm孔留余0.2mm，扁尺寸12mm留余0.2mm)→熱處理35～38HRC→加工中心 (精加工扁平面、φ32mm孔、φ12mm孔)→數(shù)車(chē) (精加工內(nèi)孔、底端面及φ72mm、φ74mm和φ78mm外圓)→鉗 (精研內(nèi)孔)。

其中內(nèi)孔及外徑的數(shù)車(chē)是精加工的關(guān)鍵工序，要求一次裝夾零件完成。在本工序要求保證孔圓跳動(dòng)0.012mm，孔底端面圓跳動(dòng)0.025mm，外圓與孔同軸度0.015mm，同時(shí)保證內(nèi)孔、外徑各部的尺寸公差。

4.優(yōu)化切削刀具和切削參數(shù)選擇

以下是詳細(xì)講述數(shù)車(chē)車(chē)削過(guò)程中解決問(wèn)題的方案:鏜內(nèi)孔時(shí)主要是解決刀桿過(guò)長(zhǎng)，振動(dòng)大的問(wèn)題。刀具選了φ40mm防振鏜刀桿，直接安裝在刀塔上。刀片選擇60°鏜刀片。切削參數(shù)選擇:在鏜內(nèi)孔時(shí)，轉(zhuǎn)速n=600r/min，進(jìn)給量f=0.06mm/r，吃刀量ap=0.1mm。保證高轉(zhuǎn)速，放慢走刀速度，可以很好地保證零件的表面粗糙度，完全可以達(dá)到Ra=0.8μm。但需要注意吃刀量的選擇，并不是吃刀量越小越好，在加工中ap=0.02mm時(shí)零件的表面粗糙度反而沒(méi)有ap=0.1mm時(shí)好。要結(jié)合零件材料及硬度合理選擇。吃刀量也不能大，加工應(yīng)力很容易使薄壁零件變形。

圖2 30°鏜刀片

鏜內(nèi)孔底端面時(shí)刀尖要求過(guò)中心，刀具選擇了φ25mm防振鏜刀桿，刀片選擇30°鏜刀片，如圖2示，刀尖鋒利，外凸出于刀桿，這樣便于孔底端面的整體加工。切削參數(shù)選擇:n=300r/min，f=0.06mm/r，ap=0.02mm。

5.夾具的設(shè)計(jì)

在數(shù)車(chē)加工中，為了保證零件的幾何要求，夾具的設(shè)計(jì)也是非常重要的。

(1)改進(jìn)前夾具產(chǎn)生的問(wèn)題:第一次試加工時(shí)，采用全包軟爪夾緊零件左側(cè)銑削加工的φ74mm外圓，鏜孔車(chē)外徑后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)零件從孔口至深100mm處圓柱度為0.01mm。超過(guò)100mm深后圓柱度漸變差，越到孔底圓柱度越差，最后達(dá)到0.04mm。檢測(cè)外圓的圓柱度為0.04mm。分析后我們認(rèn)為采用全包軟爪夾零件時(shí)夾緊力對(duì)薄壁零件的變形不利，即使把機(jī)床夾緊力調(diào)到最小，薄壁件徑向受力后變形還是無(wú)法控制的。

圖3 數(shù)車(chē)夾具

(2)改進(jìn)后的夾具:改進(jìn)的夾具如圖3所示。其設(shè)計(jì)的思路是改零件徑向受力為軸向受力，在工序編制時(shí)要求加工中心精銑零件時(shí)保證扁頭的尺寸(12±0.02)mm，孔φ32mm，孔距尺寸 (29±0.1)mm，同批零件尺寸一致。設(shè)計(jì)夾具時(shí)利用定位基座1定位扁頭的兩面，定位銷(xiāo)2插入定位基座1及零件φ32mm孔中定位，用兩個(gè)內(nèi)六角頭螺釘3緊固定位基座1與定位銷(xiāo)2，并同時(shí)夾緊外筒零件。加工夾具時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制各定位孔與夾具外徑的對(duì)稱度要求。使用時(shí)找正夾具外徑圓跳動(dòng)及端面圓跳動(dòng)在0.01mm以內(nèi)。試制了一批20個(gè)零件，經(jīng)三坐標(biāo)儀計(jì)量結(jié)果，加工的30件均為合格。

圖4

實(shí)際加工零件的效果如圖4所示。表面粗糙度好，完全可以保證圖樣要求。

6.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)兩批共80件零件的加工來(lái)看，用數(shù)車(chē)代替磨工的加工方法是可行的。加工零件的質(zhì)量穩(wěn)定，表面粗糙度好，合格率為100%。加工效率得到了極大的提高，從磨時(shí)一個(gè)工作日加工一件，提高到數(shù)車(chē)時(shí)2h加工一件。由此，在類(lèi)似零件的加工中不是非要用磨削加工，數(shù)車(chē)也能代替磨削加工被廣泛地運(yùn)用。只要我們抓住問(wèn)題的核心，又有解決問(wèn)題的辦法，難題總是能得到圓滿的解決。