羅雋

摘要：本文針對殼體偏心外圓φ6 和表面粗糙度Ra0.2的精密性，及零件高硬度HRC 48～52特點，分別從加工方案、工藝流程、加工難點、裝夾方法及偏心外圓車削配重方法等方面進行分析研究，摸索探討該殼體偏心外圓的加工方法，使零件的加工精度滿足設計圖紙要求，通過該殼體的加工方法推廣應用到類似零件的加工問題。

關鍵詞：殼體 ?偏心外圓 ?加工方案 ?工藝流程

1 引言

殼體是某型號研制產(chǎn)品重要零件，結構復雜異型，尺寸精度、位置精度高，特別是偏心外圓（以下該簡稱外圓）尺寸φ6 精度高，為IT5級精度，表面粗糙度值Ra0.2，與相關孔位置精度高，是該零件的關鍵特性之一。技術要求需要嚴格保證尺寸精度和位置精度，滿足裝配使用性能。但由于殼體結構的特殊性、精密性和高硬度特點，外圓的加工采取常規(guī)的加工方法較難保證該零件的技術要求，為了保證產(chǎn)品零件的順利產(chǎn)出，迫切需要摸索出一套有效的加工方法。

2 零件結構分析

殼體結構見圖1，零件材料為添加銅和鈮的馬氏體沉淀硬化不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb，零件最終硬度為HRC 48～52，刀具材料選擇要求高;零件結構復雜異型，裝夾找正困難;尺寸精度和位置精度高，加工難度大。其中，外圓φ6 ，表面粗糙度Ra0.2，與基準孔φ16.2 位置精度要求為0.01mm，由于零件結構的特殊性，很難保證外圓尺寸和表面粗糙度要求，是制約零件產(chǎn)出的主要問題。

3加工方案的確定

隨著機械工業(yè)進步的發(fā)展，精密零件的加工主要涉及車削技術、銑削技術、磨削技術、電加工技術等。針對該殼體零件的加工，如何保證尺寸精度和位置精度要求，工藝方案的確定尤為重要。

3.1工種的選擇

據(jù)零件結構的特殊性，常用加工方法可采用銑削加工、磨削加工和車削加工，但由于零件的材料特性和硬度較高（HRC48～52）特點，銑削加工無法保證表面粗糙度Ra0.2要求。選用磨削加工可以保證外圓φ6 的尺寸精度和表面粗糙度Ra0.2要求，但無法加工外圓φ6 上的槽0.7 ×φ4.7 ，造成工藝流程比較復雜，而且，砂輪的修磨難度比較大;選用車削加工也可以保證外圓φ6 的尺寸精度和表面粗糙度Ra0.2要求，不過對車刀的刀具材料有更高的要求，相對于磨削加工來說，車削加工比較容易實現(xiàn)，工藝流程較為簡單。

據(jù)零件的結構特征，三種加工方法比較分析，只有采用車削加工容易加工槽0.7 ×φ4.7 和9°錐面，能夠滿足外圓的尺寸精度要求，但位置精度的保證需要設計合理的工藝流程，因此，外圓φ6 的加工采用車削加工較為合理。

3.2機床的選擇

據(jù)零件的材料特性、尺寸精度和高硬度（HRC48～52）特點，應選擇高精度、高剛性的車床，對機床的結構、原理、性能參數(shù)都要求比較高，充分利用其加工精度高、零件硬度高的特點，對環(huán)境、振動等進行嚴格的控制，盡量減小影響加工的因素。摸索加工中車削參數(shù)對機床振動的影響，選擇合理切削參數(shù)避免共振區(qū)域，并微調(diào)機床主軸獲得精密車削加工的最佳狀態(tài)，加工出高硬度、高精度零件。一般選用原則，加工機床的精度應選擇零件精度的1/2～1/3，并具有良好的耐磨性、抗振性、熱穩(wěn)定性、高速旋轉(zhuǎn)性（18000r/min以上）、高精度的表面粗糙度功能特性等，因此，針對不銹鋼零件的精密、高硬度車削加工，選擇車床主軸旋轉(zhuǎn)精度在0.0015mm以上可以滿足加工需求。

3.3工藝流程設計

針對殼體結構的特殊性，歸納起來有三個特點：第一、殼體結構異型，導致裝夾困難，采用車削加工沒有裝夾基準需要設計工藝柄裝夾基準，解決裝夾困難問題;第二、零件硬度高HRC48～52，加工過程中需要安排兩次熱處理，避免一次熱處理零件變形大;第三、據(jù)殼體結構異型和高硬度特點，工藝柄基準和外形大部分內(nèi)容需要線切割加工切掉。因此，工藝流程的設計是否合理，直接影響殼體零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，需要綜合考慮各工種的加工特點，殼體零件的結構特征和材料特性，尺寸精度和位置精度等要求，最終確定合理的工藝流程。

4加工難點分析

通過零件結構特征分析，加工難點主要體現(xiàn)在裝夾困難、外圓φ6 偏心和高硬度HRC48～52特性。導致加工工藝流程復雜，為了保證零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，需要分析裝夾難點、工藝基準、刀具材料、配重平衡、車削參數(shù)、冷卻液等。

4.1裝夾難點分析

采用車削加工外圓φ6 ，必須解決零件的裝夾問題，由于零件結構的特殊性，加工外圓φ6 屬于異形偏心零件車削，車削外圓φ6 有多種裝夾方法。

方案一：有三爪卡盤裝夾加工、四爪卡盤裝夾加工、兩頂尖頂車裝夾加工、專用夾具裝夾加工等。三爪卡盤的一個卡爪上墊上墊塊裝夾車偏心零件和四爪卡盤上校正車偏心零件，只適用于加工零件長度較短，偏心距較小，精度要求不高的偏心零件。

方案二：設計專用夾具裝夾零件（見圖3），在夾具上鏜偏心孔，保證零件裝夾后，外圓φ6 的中心與機床主軸中心同軸。因此，以零件φ16.2 孔定位，在夾具上壓錐銷鎖緊零件，保證錐銷與外圓φ6 的偏心距離精度，夾具精度高、制作難度大，成本高，適合在批量生產(chǎn)中使用。

方案三：兩頂尖裝夾頂車加工外圓φ6 的方法。在外圓φ6 的反面預留工藝柄，工藝柄端面和外圓φ6 端面鉆中心孔，保證兩端中心孔與孔φ16.2 的位置尺寸，頂尖是常見的裝夾工具，制作方便，而且用頂尖裝夾零件，裝卸方便，既能保證零件的加工質(zhì)量，又能提高生產(chǎn)效率，通用性較強，適合小批量、大批量加工，因此，選擇兩頂尖裝夾頂車加工外圓φ6 的方法最為合理。

4.2中心孔的分析

外圓φ6 的尺寸精度高，表面粗糙度Ra0.2，使用兩頂尖頂車外圓φ6 ，中心孔精度是決定外圓φ6 加工質(zhì)量的關鍵因素，因此，要求兩端中心孔應控制在同一軸線上，中心孔圓跳動量應控制好，錐面的圓度要求高，盡量減小橢圓度和多角形誤差，內(nèi)錐面的表面粗糙度值低，不能有碰傷、毛刺等缺陷。而且，類似零件的車削加工，加工之前需要使用合金頂尖研磨兩端中心孔，保證兩端中心孔的表面粗糙度和圓度都要很好。由于該殼體外圓φ6 與孔φ16.2 的位置精度高，故采用五軸加工中心去除外圓加工余量，且一次裝夾鏜孔后，工作臺旋轉(zhuǎn)90°后鉆中心孔，保證孔φ16.2 與兩端中心孔的位置尺寸精度。

4.3兩頂尖的選擇

為了保證零件加工質(zhì)量，對所使用的頂尖精度要求較高，在精車外圓φ6 時，前頂尖裝在車床主軸上，與零件一起旋轉(zhuǎn)，不發(fā)生摩擦。后頂尖可選用活頂尖和死頂尖，活頂尖能承受很高的切削速度和較大的切削力，但活頂尖剛性差，存在一定的裝配誤差，只適用于粗車及一般精車的零件加工。死頂尖定心準確、穩(wěn)定，但死頂尖與零件中心孔發(fā)生摩擦，產(chǎn)生大量的熱量，容易燒壞中心孔，適用于低速加工精度要求高的零件加工。由于該零件屬于車偏心外圓，為保證車削過程的平衡性能，車削零件時，車床的主軸轉(zhuǎn)速很低，同時，該零件的精度高，選擇死頂尖裝夾，并加潤滑油，可防止因過熱燒損中心孔，因此，該零件后頂尖應選擇死頂尖裝夾。

在裝夾過程中，兩頂尖與工件中心孔之間的配合松緊要適宜，不宜過松或過緊，若太松，工件不能定心，車削過程中容易產(chǎn)生振動，保證不了零件的尺寸精度，若過緊，隨著切削溫度上升，工件逐漸伸長而使工件頂?shù)酶o，頂尖與工件之間的摩擦會加劇，導致零件燒傷。在兩個頂尖裝夾零件的過程中，兩個頂尖是不行的，頂尖不能帶動工件旋轉(zhuǎn)，應增加撥桿裝置帶動零件旋轉(zhuǎn)。

4.4刀具材料分析

金屬切削過程中，刀具切削部分是在較大的切削壓力、較高切削溫度以及劇烈摩擦條件下工作。在切削余量不均勻或斷削的表面時，刀具受到很大的沖擊與振動，刀尖磨損太快，切削溫度也在不斷的變化。因此，車削高硬度零件，刀具材料應具備高硬度、高耐磨性、足夠的強度和韌性、高耐熱性、良好的化學穩(wěn)定性。在金屬切削加工領域具備如此優(yōu)越性能的刀具材料，可以選擇涂層刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具進行加工。由于零件硬度很高，對刀具材料的耐磨性、足夠的強度和韌性有更高的要求，選用涂層刀具，其使用壽命不夠立方氮化硼刀具、金剛石刀具好，因此，選擇立方氮化硼刀具、金剛石刀具加工該零件較為合適。

4.5高硬度車削刀具參數(shù)分析

由于零件硬度很高，切削力大、切削溫度高且集中在切削刃附近，刀具易崩刃破損，磨損劇烈，刀具使用壽命低，在刀具材料確定的情況下，影響零件尺寸精度和表面粗糙度的刀具因素主要有前角、后角、主偏角、刃傾角、刀尖圓弧半徑等。針對加工淬硬鋼零件而言，經(jīng)過加工摸索得出刀具前角應在0°～-10°范圍，后角應在10°～15°范圍，主偏角應在10°～30°范圍，刃傾角一般為負值，但為了提高零件精度和加工表面粗糙度方面，刃傾角應稍大些。

4.6切削用量分析

由于外圓φ6零件開始車削時是斷續(xù)車削，沖擊載荷較大，選擇的切削用量不能太大。據(jù)零件的材料特性、尺寸精度和高硬度特點，加工中切削用量參數(shù)對機床振動的影響很大，選擇合理切削參數(shù)避免共振區(qū)域，使機床主軸獲得精密車削加工的最佳狀態(tài)，加工出高硬度、高精度零件。

針對高硬度零件的車削加工，切削用量的確定受刀具使用壽命的限制，立方氮化硼刀具、金剛石刀具使用壽命高，切削加工過程中切削用量的確定要考慮切削振動盡可能小、走刀次數(shù)盡可能少，切削力盡可能小、摩擦力盡可能小，延長刀具壽命，同時，要注意進給量對刀具磨損的影響比切削速度影響大的特點，因此，要選用較小的進給量，較小的切削深度，盡可能少的走刀次數(shù)，保證振動盡可能小的情況下提高切削速度，才能保證該殼體精密外圓φ6的加工精度和表面粗糙度。

4.7配重方法分析

使用兩頂尖頂車外圓，在滿足中心孔的加工質(zhì)量、選擇切削速度低，進給量及背吃刀深度小的前提下，試車削零件外圓，檢測零件發(fā)現(xiàn)外圓橢圓較大，保證不了零件尺寸公差要求。通過分析，該零件偏心距大，零件材料為不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb，質(zhì)量較重，因此，在車削過程中存在嚴重不平衡，導致車削零件出現(xiàn)橢圓。為解決零件外圓橢圓問題，決定添加平衡塊，由于零件的外圓尺寸精度高，表面粗糙度低，精確計算出零件的平衡塊質(zhì)量，配重越精確，車削過程中的平衡性就越好。采用UG軟件的“分析質(zhì)量體”功能，以兩端中心孔連線為質(zhì)心，精確計算出配重塊的質(zhì)量（見圖4）。解決零件配重問題后試車外圓，檢測零件外圓尺寸合格，滿足設計圖紙要求。

4.8冷卻液的選擇

加工過程中切削熱及加工環(huán)境溫度，測量環(huán)境溫度對零件尺寸的影響很大，為盡量減少溫度的影響，在加工過程中，車床附近的溫度必須控制在20℃±2℃范圍內(nèi)，為減少切削熱的影響，在加工的時候，需要選擇合適的冷卻液潤滑刀尖，減少刀具磨損，降低刀尖和零件的溫度。

在切削加工中，合理地使用金屬切削液可以降低切削時的切削力以及刀具與工件之間的摩擦力，及時帶走切削區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的熱量以降低切削溫度，減少刀具磨損，提高刀具耐用度，同時能減小工件熱變形，抑制積屑瘤和鱗刺的生成，從而提高生產(chǎn)效率，改善工件表面粗糙度，保證工件加工精度，達到最佳經(jīng)濟效果。

精密加工淬硬鋼材料零件時，因材料內(nèi)部所含硬質(zhì)點多，機械擦傷作用大，導熱系數(shù)低，切削熱不易發(fā)散。因此，對切削液的潤滑、冷卻性能要求都較高，通常宜選用潤滑性較好的化學合成液，或含有極壓添加劑的極壓切削液。

4.9檢測方法分析

外圓尺寸φ6精度很高，為IT5級精度，精密檢測技術直接反映殼體零件的精度保證情況和精度的真實性。在檢測之前，需要選擇合理的檢測量具，采用理論與實踐相結合，分析前期試加工的檢測結果，不斷地分析機床精度、加工方法、精密定位、誤差補償技術等，形成該殼體零件精密車削加工的檢測方法。精密檢測方法應根據(jù)零件的尺寸精度，精密檢測量具的使用要求進行選擇，原則上精密測量室環(huán)境與加工環(huán)境一樣或提高一個等級，要求恒溫、恒濕、防振、防塵。

5結論

在摸索殼體加工過程中，針對殼體外圓φ6和表面粗糙度Ra0.2的精密性，及零件高硬度HRC 48～52特點，從加工方案、工藝流程、裝夾方法、中心孔的加工、頂尖的選擇、配重平衡、精密檢測、冷卻液等方面進行理論分析，預留工藝柄和制作夾具，使零件外圓φ6尺寸和表面粗糙度Ra0.2達到設計圖紙要求，解決了生產(chǎn)過程中急需解決的問題，滿足了生產(chǎn)需要。在零件外圓的加工過程中，我們學到了很多新的知識，比如;利用UG軟件功能精確計算偏心質(zhì)量，解決車削過程中偏心導致不平衡問題;高硬度零件車削加工刀具參數(shù)和切削用量的合理選擇，避免區(qū)域振動對零件尺寸位置精度的影響;高硬度零件的精密車加工如何選擇刀具材料問題等，摸索出一套有效可行的偏心外圓和高硬度精密車削的加工方法，對類似零件的加工具有參考意義。

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