套筒形零件臺階孔在數(shù)控車床上的精加工

■湛江市技師學(xué)院 （廣東 524037） 劉志萬 黃景穗

套筒形零件臺階孔在數(shù)控車床上的精加工

■湛江市技師學(xué)院 （廣東 524037） 劉志萬 黃景穗

摘要：臺階孔是在日常生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的一種加工表面，本文通過對臺階孔加工工藝的改進(jìn)，自行設(shè)計(jì)了一個(gè)工藝套進(jìn)行裝夾，并合理選用刀具，既保證了零件的位置和尺寸精度，又提高了生產(chǎn)效率。

數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效率等加工特點(diǎn)。但如果沒有合理地分析和安排加工工藝作為前提，這些優(yōu)點(diǎn)就很難體現(xiàn)出來。造成在生產(chǎn)過程中輔助時(shí)間比實(shí)際加工時(shí)間高出幾倍，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。以主軸套兩端臺階孔在數(shù)控車床上加工為例。設(shè)計(jì)一個(gè)工藝套進(jìn)行裝夾，并合理地選擇刀具等方法。使其在加工過程中不需要進(jìn)行過多的校正調(diào)整，有效地減少輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，保證套筒形零件臺階孔的位置和尺寸精度要求。

1. 具體問題描述

該加工工序中的難點(diǎn)是如何保證精車時(shí)主軸套兩端內(nèi)臺階孔中心線與外圓基準(zhǔn)中心線的跳動精度。要保證主軸套的跳動精度，裝夾方法起著決定性作用。起初加工時(shí)用百分表進(jìn)行校正，加工好一端后，再加工另一端。加工后還存在以下缺點(diǎn)：在校正時(shí)不易使工件軸線與機(jī)床主軸軸線平行或端面垂直，給工件校正帶來困難，增加校正時(shí)間，每加工一件都需要進(jìn)行兩次以上的校正調(diào)整，生產(chǎn)效率非常低，而且勞動強(qiáng)度非常大。

為此根據(jù)主軸套筒零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了如圖2所示的工裝，用于調(diào)頭精車兩端內(nèi)臺階孔。工藝套材料為黃銅，無須進(jìn)行熱處理工藝，其中，工藝套內(nèi)孔φmm直徑尺寸精度與主軸套外圓φmm直徑尺寸精度配車。工藝套內(nèi)孔兩端倒角，主要是為了主軸套的拆裝。

圖1

（2）工藝套的制作工藝：①粗車φ60mm內(nèi)孔，并留余量0.04 ～0.06mm。②粗精車φ75mm外圓。③鉆、攻緊定螺孔。④選好銅制緊定螺釘規(guī)格。⑤夾φ75mm外圓，精車φ60mm內(nèi)孔（與主軸套配車）。

圖2

2. 零件分組與工藝套配合公差計(jì)算

（1）主軸套的分組情況。對已磨削好的主軸套外圓φ60-0.01-0.02mm的尺寸位置逐一進(jìn)行測量，按φ60-0.01-0.02mm外圓尺寸精度的要求，將這批主軸套零件分成兩組，一組實(shí)際外圓尺寸為中間偏差尺寸至最小偏差尺寸，另一組實(shí)際外圓尺寸為中間偏差尺寸至最大偏差尺寸。如不分組配車削工藝套，主軸套與工藝套的配合間隙在0.005～0.03mm（見表1）范圍內(nèi)，這樣并不能保證精車主軸套兩端內(nèi)臺階孔時(shí)，其中心線與外圓基準(zhǔn)中心線的跳動精度在0.02mm公差范圍內(nèi)，也不能保證主軸套與工藝套的配合在0.005～0.01mm范圍內(nèi)。由此可見，加工這批主軸套零件須配車兩個(gè)工藝套。

（2）工藝套的配合公差計(jì)算。為了保證主軸套與工藝套的配合間隙在0.005～0.01mm，配車工藝套零件內(nèi)孔φ60mm，尺寸公差不能用圖2所示的公差，具體數(shù)值如表2所示。

表1?。▎挝唬簃m）

表2?。▎挝唬簃m）

3. 配車工藝套

將已粗車和鉆、攻緊定螺孔的工藝套按第1組主軸套的外圓尺寸配車工藝套內(nèi)孔φ60-0.005-0.01mm。用卡盤裝夾工藝套車削時(shí)，夾緊力不能集中于工藝套的某一部分，應(yīng)使其分布在較大的面積上，以使工件單位面積上所受的壓力較小，從而減少工藝套的變形。所以工藝套的外圓用卡盤夾緊時(shí)，采用軟卡爪，用來增加卡爪的寬度和長度（見圖3）。同時(shí)軟卡爪應(yīng)采取自鏜的工藝措施，以減少安裝誤差，提高加工精度。除此之外還得用如圖3所示的開縫套筒裝夾薄壁（工藝套）零件，不會發(fā)生夾緊變形應(yīng)力，影響內(nèi)孔加工精度。由于開縫套筒與工件接觸面大，夾緊力均勻分布在工件外圓上，不易產(chǎn)生變形。還須考慮到開縫套與工藝套之間會不會因徑向力或軸向力的作用，產(chǎn)生相互的滑動。因此，開縫套筒采用40Gr鋼制成，并進(jìn)行淬火處理，使其硬度達(dá)到46～52HRC，這樣開縫套筒會有良好的彈性作用，也不會與工藝套產(chǎn)生相互的滑動。

圖3　用軟卡爪和開縫套筒裝夾加工工藝套

4. 精車主軸套內(nèi)臺階孔

用配車好的工藝套裝夾主軸套（見圖4）。第一件主軸套裝夾時(shí)，先用螺栓輕輕松動卡盤，只旋轉(zhuǎn)螺栓半圈，再放主軸套進(jìn)去后預(yù)緊，用百分表檢驗(yàn)主軸套與工藝套之間的同軸度要求，控制在0.02mm以內(nèi)后，再夾緊卡盤。最后用3個(gè)銅制緊定螺釘緊定主軸套，用力不能太大。雖然不能起自動定心作用，因配合間隙在0.005～0.01mm范圍內(nèi)，而配合長度達(dá)90mm。當(dāng)3個(gè)螺釘夾緊力不一致時(shí)，主軸套外表面會和工藝套內(nèi)表面相接觸，從而保證內(nèi)孔對外圓基準(zhǔn)面A的跳動精度在0.02mm內(nèi)，從而滿足加工要求。第二件、第三件……主軸套裝夾無須再松開卡盤，只須松開銅制螺釘。先車削一端孔，再調(diào)頭裝夾，車削另一端孔。然后按上述方法，根據(jù)第2組、第3組主軸套的外圓尺寸段依次重新配車工藝套內(nèi)孔（尺寸段劃分為幾組，就需配車幾個(gè)工藝套內(nèi)孔）。注

意：工藝套配車內(nèi)孔后勿松動卡盤，直至將配車尺寸段的磨具體車削完畢后再卸下工藝套。

圖4　工藝套與主軸套裝配圖

5. 合理選擇刀具

在數(shù)控車削加工中，為了減小零件的加工成本，常采用高速工具鋼車刀。高速鋼車刀比較容易刃磨，也容易磨鋒利，用高速鋼車刀低速精車內(nèi)孔本來是一種較好的辦法，但對于批量加工零件，尺寸精度與表面粗糙度值兩項(xiàng)都合格的不超過40%。精車工藝孔時(shí)，要始終保持切削刃的鋒利，才不容易產(chǎn)生讓刀，不出現(xiàn)錐度，要做到這一點(diǎn)，就要保證在一二刀內(nèi)完成精車。因此選如圖5所示的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。主軸套的材料是鑄鐵，在加工時(shí)刀粒的材料應(yīng)選擇YG6X類硬質(zhì)合金，并注意選擇合適的刀具角度。在精加工兩端臺階孔時(shí)，選擇主偏角為91°～93°，副偏角為6°；取刃傾角λs為正值，切削刃鋒利；前角γ0和后角α0均取6°，提高鋒利程度的YG6X類硬質(zhì)合金刀粒低速車削。使用刃口鋒利的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金車刀刀片，最好采用小的刀尖圓弧。采用91°主偏角，因?yàn)榻咏?0°主偏角的車孔刀具切削時(shí)產(chǎn)生的徑向力最小，同時(shí)刀片刃口產(chǎn)生的軸向力最大，所以小切削振動最?。ㄒ妶D 5c）。

（1）使用YG類硬質(zhì)合金刀還有如下特點(diǎn)：①使用后排屑內(nèi)偏精車刀，因精車余量較小，不會影響工件表面粗糙度，即不會使切屑拉毛已加工表面。②主偏角較大，降低了徑向切削力，減小了機(jī)床振動。③刀桿直徑較粗，保證刀具有足夠的剛性，避免了因車刀剛性差、強(qiáng)度低，在車內(nèi)孔過程中發(fā)生振動而產(chǎn)生波紋，影響表面質(zhì)量。

（2）使用硬質(zhì)合金精車內(nèi)孔主軸套時(shí)，要注意以下幾個(gè)問題：①在精車內(nèi)孔前，留余量0.08～0.12mm，表面粗糙度值Ra=3.2μm，否則精車時(shí)，由于余量不多，內(nèi)孔車不光滑。②刀具只適用于精車，不適用于粗車。③刀具不可以撞擊到臺階端面，因?yàn)橛操|(zhì)合金雖然硬度高、耐磨性好，但韌性差、不耐沖擊且易碎裂，所以使用時(shí)要特別小心。

加工實(shí)踐證明，采用配車工藝套夾具加工主軸套零件車削內(nèi)臺階孔的工藝方法確實(shí)可行。而且合理地選擇刀具使零件加工精度穩(wěn)定，操作簡便；工裝成本低，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。工藝套的3個(gè)銅制緊定螺釘將工件夾緊夾牢，保證工件在加工過程中不會受到切削力，而影響到零件的加工精度。雖然不能起自動定心作用，因配合間隙在0.005～0.01mm，而配合長度達(dá)90mm。當(dāng)3個(gè)螺釘夾緊力不一致時(shí)，主軸套外表面會和工藝套內(nèi)表面相接觸，從而保證內(nèi)孔對外圓基準(zhǔn)面A的跳動精度在0.02mm以內(nèi)，從而滿足加工要求。采用工藝套加工前，每加工一件主軸套所需時(shí)間大約10min，經(jīng)工藝改進(jìn)后大約只需3min，生產(chǎn)效率提高了3倍多。

采用配車工藝套裝夾主軸套零件車削內(nèi)臺階孔的工藝方法還具有以下優(yōu)點(diǎn)：①對于單件或批量生產(chǎn)均適用。②提高生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度。③零件加工精度穩(wěn)定，操作簡便。④工裝成本低，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。

圖5　可轉(zhuǎn)位車刀圖

6. 結(jié)語

數(shù)控加工中，工藝規(guī)程編制是至關(guān)重要的，安排合理的加工工藝流程是完成加工的重要前提。合理確定數(shù)控加工工藝對實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效和經(jīng)濟(jì)的數(shù)控加工具有相當(dāng)重要的作用。要結(jié)合工作環(huán)境的設(shè)備條件考慮多方面因素，合理安排加工工藝。

收稿日期：（20150301）