具有同軸度要求的斷續(xù)深長孔金屬零件加工工藝方法研究

畢俊召，鄒紅亮

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132000）

斷續(xù)深長孔金屬零件在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，例如應(yīng)用于蒸汽汽輪機(jī)設(shè)備中作為轉(zhuǎn)子用于平衡設(shè)備運(yùn)行；應(yīng)用于軍事領(lǐng)域當(dāng)中用于發(fā)射炮彈深長口徑的彈腔等。由于斷續(xù)深長孔金屬零件自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制以及加工工藝周圍環(huán)境的影響，在加工過程中仍然存在某些方面的問題有待解決，例如排屑困難，產(chǎn)生的碎屑容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象導(dǎo)致扭矩增加，造成加工時使用的刀具出現(xiàn)斷裂；刀具冷卻困難，冷卻液很難進(jìn)入加工空間，刀具出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)熱情況，進(jìn)一步縮短刀具的使用壽命；加工的斷續(xù)深長孔由于刀具自身重量原因，常常出現(xiàn)刀刃不對稱問題，造成零件軸線偏斜等[1]。除此之外，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，軸類、殼體類等精密零件兩端內(nèi)孔之間，若存在同軸度要求時，則工藝難度進(jìn)一步增加，很難在一次裝夾中完成對零件的加工，無法滿足同軸度的精度要求。針對這一問題，傳統(tǒng)的加工方法會采用分兩次裝夾的加工方式，但仍然會存在裝夾的定位誤差，導(dǎo)致精度無法達(dá)到預(yù)期要求的問題產(chǎn)生。因此，針對上述問題，本文將開展具有同軸度要求的斷續(xù)深長孔金屬零件加工工藝方法研究。

1 具有同軸度要求的斷續(xù)深長孔金屬零件加工工藝方法

1.1 確定零件定位基準(zhǔn)及裝夾方式

根據(jù)一般斷續(xù)深長孔金屬零件常用領(lǐng)域的各項(xiàng)需求，本文采用30CrMoNiV作為零件加工材料，并在加工前進(jìn)行熱處理。將零件的尺寸控制在Φ60+0.02，將其光潔度控制在Ral.5～8，由于具有同軸度要求，因此將其同軸度控制在0.025mm以內(nèi)，孔口圓角設(shè)置為R7，將所有尺寸均清晰地標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖紙上，對于斷續(xù)深長孔金屬零件，上述多個尺寸參數(shù)應(yīng)當(dāng)按照高精度尺寸設(shè)置要求設(shè)計(jì)。通常情況下，斷續(xù)深長孔金屬零件的尺寸總長度均超過3500mm，最大外圓達(dá)到R8，根據(jù)零件整體外形以及材料等條件要求，本文選擇CK8600X9800具有門式框架和臥式長床身的銑床作為數(shù)控加工機(jī)床。將已經(jīng)加工完畢的各級外圓以及左端端面作為工藝基準(zhǔn)，確定左端面以外的圓心作為數(shù)控加工編程原點(diǎn)[2]。在同軸度要求下，確定裝夾方式，保證各級外圓大小均一致，并采用兩件等高的“V”型架將零件各級均架在“V”型架上，并在“V”型架的底部以及零件上部，分別利用壓板、螺桿以及“T”型塊固定，使其在加工過程中始終保持穩(wěn)定的狀態(tài)。再對千分表校零件的上母線和側(cè)母線進(jìn)行控制，使斷續(xù)深長孔金屬零件的上母線與側(cè)母線的偏差保持在0.0085mm以內(nèi)。除此之外，在對斷續(xù)深長孔金屬零件進(jìn)行加工時，選擇的刀具及加工附件包括：6mm規(guī)格中心鉆，鉆打預(yù)制孔；選用Φ20鉆頭，鉆小孔；選用Φ40和Φ50擴(kuò)孔鉆進(jìn)行擴(kuò)孔，并選用外直徑為Φ55，內(nèi)錐為4#莫氏的長750鉆桿兩根；選用Φ52.5精鉸刀，選用內(nèi)徑為Φ55的尼龍棒材料車削，以及外徑分別為Φ45.5和Φ55的護(hù)套若干。利用上述工具可有效防止由于附件或刀具的重量多大或絞孔、鏜孔的過程中加工產(chǎn)生的振動，導(dǎo)致最終斷續(xù)深長孔的軸線出現(xiàn)偏差。

1.2 斷續(xù)深長孔金屬零件固定心軸定位

在確定零件定位基準(zhǔn)及裝夾方式后，對斷續(xù)深長孔金屬零件的固定心軸進(jìn)行定位，首先對需要進(jìn)行加工的零件左端內(nèi)孔。外圓以端面進(jìn)行控制，同時將外圓以及端面控制在一次裝夾操作中完成加工，確保同軸度與垂直度的高精度要求。其次，再在卡盤當(dāng)中對零件的固定心軸進(jìn)行加工，在這一過程中需要注意，不能將零件的固定心軸卸下進(jìn)行二次裝夾找正，防止同軸度出現(xiàn)偏差。以零件的左端內(nèi)孔以及大端面的A點(diǎn)作為定位點(diǎn)，將零件背帽壓緊，對內(nèi)孔進(jìn)行加工[3]。由于零件與心軸采用Φ8F5/k7配合，因此可能會存在最大配合間隙為0.017mm。圖1為斷續(xù)深長孔金屬零件固定心軸定位示意圖。

圖1 斷續(xù)深長孔金屬零件固定心軸定位示意圖

由于在斷續(xù)深長孔金屬零件當(dāng)中，無法直接利用劃線的方法確定，因此鉆孔相對難度較大。對此，通過定位心軸鉆孔的方法達(dá)到對零件固定心軸的定位。將固定心軸輕輕推入閥體工藝孔當(dāng)中，并利用心軸端面的十字線與閥體端面的十字線，使其相互重合。再利用加長的Φ10.5mm鉆頭，以心軸為Φ10.5mm的孔為導(dǎo)向孔進(jìn)行鉆削處理。在完成鉆削操作后，按照閥體Φ15.5mm工藝孔配車堵頭裝配好并焊接牢固，并在操作過程中保證無滲漏現(xiàn)象，從而完成定位。

1.3 同軸度定位誤差補(bǔ)償

在完成度斷續(xù)深長孔金屬零件固定心軸定位后，為保證滿足同軸度精度要求，還需要確定同軸度定位誤差并加以補(bǔ)償。由本文上述可知，在對零件的大外圓、外錐和小外圓加工時，采用以零件兩端的中心孔作為同一加工基準(zhǔn)，因此相互之間的同軸度誤差會很小，可忽略不計(jì)。同時胎具的內(nèi)錐在內(nèi)圓磨上利用夾盤夾住胎具的外圓磨出，因此胎具的內(nèi)錐中心與內(nèi)圓磨的回轉(zhuǎn)中心同軸。零件外錐與胎具內(nèi)錐配合后，在零件內(nèi)圓磨上磨出內(nèi)孔，因此內(nèi)孔與內(nèi)圓磨的回轉(zhuǎn)中心也為同軸。同軸度定位誤差一般情況下會受到胎具內(nèi)錐與零件外錐的配合精度影響。因此，本文主要針對零件內(nèi)錐與外錐的配合精度對同軸度定位誤差進(jìn)行補(bǔ)償。在零件固定心軸位置上，增加外圓為Φ35h4的輔助定位面，并形成內(nèi)孔為Φ7K5、外圓為Φ35h4以及端“A”位置同時進(jìn)行定位，從而起到對可能存在誤差的兩個位置進(jìn)行補(bǔ)償。一般情況下，零件固定心軸上定位孔Φ35h4、定位端面“A”以及定位軸Φ7K5均是固定在零件卡盤上，并進(jìn)行一次加工工藝即可。通過同軸度、垂直度誤差的近似值，反映加工數(shù)控機(jī)床的誤差情況，可實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的誤差復(fù)映。同時，斷續(xù)深長孔金屬零件上的三個定位面也能夠在進(jìn)行第一次裝夾的過程中完成加工，并保證具備高精度要求。因此，斷續(xù)深長孔金屬零件與固定心軸裝夾的過程中不會由于同軸度存在誤差而產(chǎn)生相互影響，不會發(fā)生過定位現(xiàn)象。當(dāng)斷續(xù)深長孔金屬零件與心軸裝夾定位后，形成內(nèi)孔為Φ8F5/k7與外圓為Φ35h6/4兩種配合間隙，通常情況下二者數(shù)值不同。利用間隙較小的定位面，實(shí)現(xiàn)對零件徑內(nèi)定位作用，從而補(bǔ)償了利用單個徑向定位面時由于間隙過大而不能進(jìn)行選擇的限制。除此之外，還需要對零件軸向偏斜產(chǎn)生的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，斷續(xù)深長孔金屬零件與心軸裝夾操作后產(chǎn)生的軸向偏斜誤差，主要是由于定位面積過小導(dǎo)致。因此，在進(jìn)行零件內(nèi)孔Φ8F5/k7定位時，可適當(dāng)增加外圓Φ35h6/4作為輔助定位面時，提供更大的定位面積，從而控制軸向偏斜產(chǎn)生的誤差，滿足同軸度的精度要求。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

針對傳統(tǒng)斷續(xù)深長孔金屬零件加工工藝方法在具有同軸度要求的條件下無法實(shí)現(xiàn)對其高精度加工問題，選用某工廠常用斷續(xù)深長孔金屬零件加工圖紙，其中包括五種不同同軸度數(shù)值的零件。分別利用本文加工工藝方法與傳統(tǒng)加工工藝方法，結(jié)合該圖紙對零件進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工。分別利用兩種方法各加工100個零件，對每個零件的同軸度進(jìn)行測量，按照工廠實(shí)際需求，零件的同軸度公差要求值為0.05mm。將兩種方法獲得的200個零件同軸度分別進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果記錄如表1所示，方便對照。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表

根據(jù)表1中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文工藝方法同軸度平均差測量值明顯低于傳統(tǒng)工藝方法同軸度平均差測量值，并且本文工藝方法針對五種不同同軸度的零件加工時的精度滿足工廠要求的0.05mm同軸度公差值。因此，通過實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的具有同軸度要求的斷續(xù)深長孔金屬零件加工工藝方法可以有效保證同軸度的精度要求，利用本文方法對零件進(jìn)行加工產(chǎn)出的工件合格率更高。在實(shí)驗(yàn)過程中，本文加工工藝方法針對存在的同軸度誤差提出了相應(yīng)的補(bǔ)償方法，因此減小了最終成品的同軸度誤差，保證生產(chǎn)加工后得到的零件與設(shè)計(jì)圖完全吻合，滿足零件的應(yīng)用需要。

3 結(jié)語

本文針對具有同軸度要求的斷續(xù)深長孔金屬零件提出了新的加工工藝，并結(jié)合定位誤差補(bǔ)償方法，通過實(shí)驗(yàn)對多種類似零件的批量生產(chǎn)，達(dá)到良好的工藝效果。利用這一工藝方法對該類型零件進(jìn)行加工可保證其合格率在97%以上，更好地解決了在實(shí)際生產(chǎn)加工中的技術(shù)難題，從而為產(chǎn)品生產(chǎn)提供更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。同時，利用這種工藝方法具有工藝簡便、易于操作、可靠性強(qiáng)、加工精度高等優(yōu)勢，因此可廣泛應(yīng)用于對類似零件的精密加工當(dāng)中，利用普通精密車床即可完成對高精密度要求的零件加工。