多特征小型精密零件加工方法改進(jìn)

■中國工程物理研究院電子工程研究所（四川綿陽 621999）于立青 郭才權(quán)

1.零件分析

我所生產(chǎn)的電真空用某電極（見圖1），是具有大凸緣、細(xì)軸、淺平底孔和端面半球等結(jié)構(gòu)特征的軸類零件，材料為精密合金4J33，屬難加工材料。其中位置公差是影響產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)。

圖1 某電極

該電極的加工難點(diǎn)主要有：

（1）垂直度0.05 mm要求。細(xì)軸φ1.5mm的長徑比為5，在切削力的作用下，因剛性不足易產(chǎn)生彎曲變形，尺寸精度和位置精度難以保證。

2.原數(shù)控加工方法及不足

以前采用常規(guī)數(shù)控加工時(shí)，零件的平行度在0.02～0.08mm、垂直度在0.04～0.13mm之間波動，大凸緣兩端面表面粗糙度不能滿足圖樣要求，合格品率低。原加工方法工藝流程如圖2所示。

工件在加工完一端后，調(diào)頭采用專用開口圓襯套（見圖3）裝夾，實(shí)現(xiàn)平端面和孔的加工。原加工方法的不足主要有：

圖2 原加工方法工藝流程圖

圖3 平料頭及車端面裝夾示意圖

（1）精車細(xì)軸外圓φ1.5mm時(shí)讓刀嚴(yán)重，且表面有振動顫紋。

（2）工裝的加工精度要求高。開口圓襯套定位孔與工件外圓φmm采用間隙為0.01～0.02mm的小間隙配合，定位孔底面的平面度必須控制在0.02mm內(nèi)。

（3）對裝夾要求高。裝夾時(shí)工件端面必須緊貼定位孔底面，否則不僅平行度達(dá)不到要求，0.5mm處的厚度尺寸公差（±0.03mm）也會超差。夾緊力控制要求高，夾緊力過小，精車端面易產(chǎn)生顫紋，造成表面粗糙度達(dá)不到要求，且切削力會使工件飛出，造成工件碰傷，存在安全隱患；夾緊力過大，會使工件出現(xiàn)徑向變形，取下工件后，變形使平行度超差。

（4）精車端面的余量必須嚴(yán)格控制在0.25～0.30mm內(nèi)。余量過少，切斷時(shí)徑向切削力使大凸緣處變形，變形量超過精加工余量，使平行度達(dá)不到要求；余量過大，大的余量使切削作用力過大，易造成工件彎曲報(bào)廢。

（5）小料頭的去除效率低。切斷后，在切斷處會產(chǎn)生形狀不規(guī)則小料頭（見圖4），料頭高度與切斷刀寬度基本相等，直徑約為1.5～2.5mm。小料頭加工硬化嚴(yán)重，去除困難，用端面車刀平端面

圖4 切斷后小料頭示意圖

（6）平底孔φmm的加工效率低。因孔直徑小、深度淺，且為平底，普通鉆頭無法進(jìn)行孔的粗加工，只能采用刃磨后的非標(biāo)鉆頭進(jìn)行粗加工，鉆頭刃磨困難且不耐用。加工時(shí)刃磨鉆頭若有鈍化，切削力很容易將工件從工裝中帶出，使工裝報(bào)廢。

3.加工方法的改進(jìn)

針對出現(xiàn)的問題，開展了技術(shù)攻關(guān)和加工試驗(yàn)，對加工方法進(jìn)行改進(jìn)，采取以切代車法、漸增余量一次走刀法及以銑代車法等突破常規(guī)的加工方法，改進(jìn)后的加工工藝流程如圖5所示。

（1）以切代車法：用切外圓來替代外圓粗車，并實(shí)現(xiàn)端面的粗、精加工。采用這種方法是考慮到數(shù)控設(shè)備本身系統(tǒng)剛性好、高精度，且在零件從毛坯上切掉前，零件的剛性也足夠。具體方法是用切斷刀替代外圓車刀（或端面車刀）對外圓、端面進(jìn)行粗加工，最后用切槽刀實(shí)現(xiàn)端面的精加工，而外圓精加工仍采用外圓精車刀。

具體在本例中，是用寬2.5mm的切斷刀在完成外圓粗車的同時(shí)，粗切出大凸緣（見圖6），大凸緣處留精加工余量（圖1中A端面留量0.1mm，B端面留量0.02mm），然后精車外圓，最后用寬1.5mm的切槽刀平大凸緣端面，一次裝夾完成有位置精度要求的兩端面的加工。零件一端加工完成后，在調(diào)頭加工另一端時(shí)，又用切槽刀實(shí)現(xiàn)小料頭的去除。

圖5 新加工方法工藝流程圖

圖6 新工藝方法加工示意圖

這種方法充分利用了機(jī)床和刀具的特點(diǎn)，不僅不需要制作高精度要求的工裝，還避免了擠屑可能產(chǎn)生的對已加工表面的損傷，同時(shí)又提高了加工效率。在保證平行度0.025mm要求的基礎(chǔ)上，使尺寸0.5mm的厚度公差（±0.03mm）控制容易。

（2）漸增余量一次走刀法：將精加工外圓所需的切削余量按線性逐漸增加，以增強(qiáng)切削時(shí)的剛性，精加工時(shí)一次走刀將外圓加工到所需尺寸。

在本例中，粗加工時(shí)將細(xì)軸φ1.5mm加工成錐形（見圖6），小端留余量0.2mm，大端留余量0.5～1.0mm，精車時(shí)一次走刀將細(xì)軸車削到尺寸。用此方法解決了細(xì)軸加工時(shí)的讓刀、振動現(xiàn)象，避免了因剛性差產(chǎn)生的變形，易于保證尺寸精度和形狀精度。

一次走刀法適用于長徑比在5～10的零件。在應(yīng)用時(shí)錐度角度盡可能小，即小端留余量后的直徑與大端直徑差不超過2mm。角度過大易扎刀，且刀具磨損會加劇。

（3）以銑代車法：用鉆夾頭夾持標(biāo)準(zhǔn)鍵槽銑刀，銑刀直徑小于被加工的孔尺寸。加工時(shí)工件旋轉(zhuǎn)，完成鉆孔及孔的底面加工。通過銑刀偏置，完成鏜孔。若孔精度要求高，最后只需精鏜孔即可。這種方法適用于標(biāo)準(zhǔn)鉆頭不能加工的淺孔、平底孔，避免了非標(biāo)鉆頭的制作和孔底面大余量的去除，使孔的加工效率大幅提高。在本例中，用直徑3mm的鍵槽銑刀實(shí)現(xiàn)直徑4mm、深1.2mm孔的粗加工，機(jī)床控制系統(tǒng)是FANUC 18T，數(shù)控程序如下：

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了保證內(nèi)孔加工精度，鍵槽銑刀的伸出長度要短，數(shù)控機(jī)床的剛性要好，X軸定位精度要高，對刀時(shí)必須保證鍵槽銑刀有一個切削刃在刀具中心。

采用改進(jìn)后的方法加工的零件，其平行度在0.02mm以內(nèi)，垂直度在φ0.03mm以內(nèi)，表面粗糙度值Ra≤1.6μm，質(zhì)量穩(wěn)定，完全滿足圖樣要求。

4.結(jié)語

通過采用突破常規(guī)的加工方法，合理利用刀具及數(shù)控設(shè)備功能，較好地解決了多特征小型軸類零件的加工問題，提高了生產(chǎn)效率，保證了加工質(zhì)量。同時(shí)，這種實(shí)用工藝方法也為具有一種或多種特征零件的加工提供了有益的借鑒，可在小批量生產(chǎn)中推廣。

[1]王吉化，陳偉.機(jī)械工人切削實(shí)用技術(shù)手冊[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

[2]金濤.數(shù)控車加工[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.