微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件的加工工藝設(shè)計

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及“中國制造2025”方針的提出，我國的制造業(yè)也從中國制造邁向了中國質(zhì)造，隨之而來的是對制造業(yè)的要求越來越嚴(yán)格，零件的尺寸越來越小，加工的精度越來越高。本文以微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件為例闡述了微細(xì)零件加工時的難點，并對該類零件的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：微細(xì)零件；非標(biāo)螺栓；車工工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.030

近年來，隨著航空航天事業(yè)和高端制造業(yè)的發(fā)展，對各類高精度微細(xì)零件的需求與質(zhì)量要求日益增加，微細(xì)零件的制造和加工引起了制造業(yè)的廣泛關(guān)注，現(xiàn)已成為現(xiàn)代科學(xué)研究的熱門問題。微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件就是其中一種，由于微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件尺寸小、精度高、剛性較差，在車削加工時容易發(fā)生振刀，導(dǎo)致尺寸精度難保證以及表面粗糙度無法達(dá)到圖紙要求。當(dāng)然，該類零件裝夾也很困難，因此微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件的加工已成為制造企業(yè)的加工難題。在我國中、小型工業(yè)企業(yè)單位數(shù)占全部規(guī)模工業(yè)企業(yè)數(shù)量的94%以上，其中大多數(shù)的中、小型企業(yè)基本上都是以中、小型設(shè)備居多，像精密儀表機床這類設(shè)備少之甚少，然而微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件一般又主要是在精密儀表機床上加工的，因此如何讓一般的機床設(shè)備也能加工微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件成為了企業(yè)亟需解決的問題。本文針對微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件難于加工的特點，通過對零件裝夾方法、刀具的優(yōu)化和加工方法等方面進(jìn)行了研究，從而解決了微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件的加工難題，也拓寬了中、小微型企業(yè)的業(yè)務(wù)范圍，同時也提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。

1 微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件的特點與加工難點

加工微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件時，因為工件直徑很小，機床主軸最高轉(zhuǎn)速很難達(dá)到加工要求，從而很難加工出較高的表面粗糙度，同時刀具與工件之間的徑向力易造成工件彎曲變形，因此加工難度大大提高。如何減小工件的徑向彎曲變形，對于微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件加工是一項不得不攻克的難題。然而，正是由于微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件尺寸的特殊性，決定了此類零件無法通過使用活動頂尖這類輔助系統(tǒng)來實現(xiàn)工件的輔助加工，其切削時的受力狀態(tài)相當(dāng)于懸臂梁，因此剛性差，對切削力、切削溫度及振動極其敏感。而車削加工時又極易產(chǎn)生宏觀彎曲變形，產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，很難獲得理想的表面質(zhì)量和幾何形狀精度，故微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件車削加工目前仍是個懸而未決的難題。

2 微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件的加工工藝設(shè)計

（1）分段加工法。微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件加工時，工件的外圓會從毛坯尺寸逐步變小到圖樣尺寸，隨著加工的深入進(jìn)行，工件的直徑逐步減小導(dǎo)致剛性則變得越來越差，工件的徑向彎曲變形也就隨之增大，從而造成工件的加工難度大大提高，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致工件報廢。如何解決該問題也就成為加工微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件的關(guān)鍵所在。加工時剛性的好壞與工件的直徑和伸出卡盤的長度有直接關(guān)系，直徑越大長度越短，工件剛性隨之也越好，根據(jù)該特點，本文提出了分段加工法這一新的加工方法；所謂分段加工法就是：根據(jù)工件結(jié)構(gòu)，以工件的各個項目為單位分段逐一加工，按照由遠(yuǎn)向近順序依次將工件的各個項目加工到尺寸要求。例如非標(biāo)螺紋項目在工件的最遠(yuǎn)端，車外圓時就只加工螺紋長度部分外圓，其他部分外圓暫時不加工，等非標(biāo)螺紋車削至尺寸后，再加工其他項目的外圓，后續(xù)項目加工也按照此方法，因此使用分段加工法加工時，工件每次的車削長度變短了，而且待加工部位的外圓沒有改變，這樣工件的剛性就得到了大大提高。同時為了避免后續(xù)項目加工會對前面已加工項目造成變形等影響，在粗車時，宜選用較小的切削深度，并且在確保車刀具有足夠強度的前提下，適當(dāng)增加刀具前角和后角的度數(shù)，從而降低加工時的切削力，減少工件變形，并且還要防止加工時切削溫度對工件產(chǎn)生熱變形，故還應(yīng)選用冷卻和潤滑效果好的切削液對工件進(jìn)行充分的澆注，以降低切削部位溫度，減少摩擦防止變形。

（2）夾具的設(shè)計。中、小型車床的卡盤規(guī)格一般都是在200mm以上，而微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件的直徑遠(yuǎn)小于卡盤直徑，所以中、小型機床是無法裝夾微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件進(jìn)行加工，對此本文設(shè)計了一種簡單、實用及便于加工的夾具，該夾具是由一個簡單的臺階套將其分割成兩半，夾具的外臺階端面是用來與卡盤的卡爪作軸向定位，工件的軸向定位則是依靠夾具的端面，其中夾具內(nèi)孔尺寸要比工件外徑略大0.02～0.03mm，這樣既能使工件定位，也能在中、小型車床上面裝夾加工，從而拓展了中、小型機床的加工范圍。銑削加工時也可采用該夾具進(jìn)行加工，同時還可保護(hù)工件，防止夾傷工件。夾具如圖1。

（3）刀具的優(yōu)化。同一材料，加工要求相同，切削速度也相同時，外徑越小機床主軸轉(zhuǎn)速就要求越高，例如：車削直徑d=Φ2mm的微細(xì)工件外圓，選擇切削速度Vc=80m/min，加工時機床主軸的轉(zhuǎn)速就要達(dá)到n=1000Vc/πd≈12739r/min，然而企業(yè)大部分車床的最高轉(zhuǎn)速也只有1600r/min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到刀具所要求的最佳切削速度，因此加工微細(xì)類零件時，由于機床主軸轉(zhuǎn)速達(dá)不到要求，造成工件很難達(dá)到較高的表面粗糙度。為了改善這種現(xiàn)象，故在工件精車時將傳統(tǒng)的90°外圓車刀更換成前刀面磨出橫向巻屑槽的切斷刀進(jìn)行精車外圓，從而大大提高了工件的表面粗糙度。

3 結(jié)語

總而言之，微細(xì)非標(biāo)螺栓類零件是各種各樣的，工藝設(shè)計也是靈活多變的，每一種工藝設(shè)計的經(jīng)驗總結(jié)，都是通過無數(shù)次探索與試驗中積累而成，只有在不斷探索與試驗的過程當(dāng)中，才能不斷地提煉并總結(jié)經(jīng)驗，從而使該類型零件的工藝設(shè)計得到更加的完善。

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作者簡介：肖海斌（1988-），男，湖南株洲人，本科，助理實驗師，研究方向：車削加工技術(shù)。