四件套配合零件的數(shù)控車(chē)削加工工藝分析

徐軍平

（常州劉國(guó)鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇常州 213025）

0 引言

軸類(lèi)配合零件在數(shù)控加工中是比較常見(jiàn)的典型零件之一[1]，在數(shù)控車(chē)加工中薄壁零件、細(xì)長(zhǎng)零件等都是難于加工的，主要體現(xiàn)在切削過(guò)程中的刀具震動(dòng)、工件表面出現(xiàn)彈性變形等現(xiàn)象[2]，以及工件裝夾過(guò)程中的夾具設(shè)計(jì)，由于本文是以四件套為例，對(duì)此的工藝分析并不是站在批量加工的角度考慮問(wèn)題，所以?shī)A具設(shè)計(jì)的成分幾乎沒(méi)有，但是會(huì)出現(xiàn)與夾具設(shè)計(jì)相類(lèi)似的加工方法。本文通過(guò)對(duì)具體加工實(shí)例的工藝分析，盡可能地從多角度多方案去解決問(wèn)題，希望對(duì)數(shù)控加工有一定的借鑒意義。

1 零件加工圖紙分析

圖1 螺紋套

圖2 錐套

圖3 螺紋軸

本次零件的CAD工程圖如圖1～4所示，裝配圖如圖5所示。

圖4 薄壁套

圖5 裝配圖

1.1 加工內(nèi)容

該配合零件的加工包括車(chē)端面、車(chē)外圓、車(chē)橢圓、車(chē)矩形槽、車(chē)圓弧槽、車(chē)端面槽、車(chē)異形槽、車(chē)內(nèi)孔、車(chē)內(nèi)外螺紋、車(chē)錐度、車(chē)倒角倒圓。

1.2 技術(shù)要求

粗糙度要求為1.6。銳角倒鈍為C0.2～0.4之間。不許用紗布、 銼刀修飾加工表面。 未注尺寸公差按GB/T1804-2000-m。未注倒角C1。以下是各個(gè)零件的技術(shù)要求。

（1）螺紋套（零件1）：該零件總長(zhǎng)度為66 mm，外圓最大直徑為φ56 mm，外圓內(nèi)孔的尺寸公差大都在0.02～0.03 mm左右，內(nèi)螺紋的精度要求為7 H。零件中存在著對(duì)平行度和同軸度的要求，分別為0.02 mm和0.025 mm。

（2）錐套（零件2）：該零件總長(zhǎng)度為33 mm，外圓最大直徑為φ58 mm，外圓內(nèi)孔的尺寸公差大都在0.02-0.03 mm左右，內(nèi)螺紋的精度要求為6H。平行度的要求為0.02 mm。

（3）螺紋軸（零件3）：該零件總長(zhǎng)度為96 mm，外圓最大直徑為φ56 mm，外圓內(nèi)孔的尺寸公差大都在0.02～0.03 mm左右，外螺紋的精度要求為7 h。同軸度的要求為0.025 mm。

（4）薄壁套（零件4）：該零件總長(zhǎng)度為56 mm，外圓最大直徑為φ58 mm，外圓內(nèi)孔的尺寸公差大都在0.02～0.03 mm左右。同軸度的要求為0.025 mm。

1.3 裝配方式

4個(gè)零件在裝配過(guò)程中，有兩種方式，一種是錐套和螺紋軸配合，一種是螺紋套、螺紋軸、薄壁套配合，并且都是以公稱(chēng)直徑為M24×1.5 的螺紋進(jìn)行配合的，兩種配合都存在著裝配尺寸，分別為46±0.031和7±0.011，公差分別為0.062 mm和0.02 mm，這對(duì)幾個(gè)零件的形位公差要求是很高的。

2 加工工藝分析

加工工藝分析是針對(duì)圖紙中的加工部位分析出可行的方案，是一種數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作，要考慮其加工的合理性，符合圖紙的技術(shù)要求。其主要內(nèi)容有確定工序、零件圖樣的加工順序、裝夾方式的選擇等等。

在此次軸類(lèi)配合零件的數(shù)控加工中，4個(gè)零件均可以采用數(shù)控車(chē)床進(jìn)行加工，并且都是通過(guò)M24 的螺紋進(jìn)行配合，螺紋軸的總長(zhǎng)有96 mm 需要用到尾部頂針，薄壁套是一個(gè)薄壁零件，無(wú)法直接裝夾。在準(zhǔn)備加工前還要考慮到這4個(gè)零件最終能夠裝配起來(lái)，并且要保證裝配尺寸在公差范圍內(nèi)[3]。

2.1 螺紋套的加工工藝分析

螺紋套在實(shí)際加工中，可以先加工零件的左端型面，接著掉頭對(duì)右端型面加工，會(huì)用到外圓刀、切槽刀、內(nèi)孔鏜刀、內(nèi)螺紋刀這4把刀具，圖1中26 mm的長(zhǎng)度尺寸公差較難保證，因?yàn)檫@兩個(gè)面的平行度要求至關(guān)重要，因考慮到裝配的原因，零件的同軸度也要校正好，這將會(huì)影響M24 螺紋在配合過(guò)程中34 mm 內(nèi)孔是否能與螺紋軸的34 mm 外圓的配合，并且可能會(huì)影響到薄壁套的正常加工[4]，加工方案也基本只有一種：車(chē)削左端型面，加工外圓56 mm 至54 mm，外圓43 mm 至規(guī)定尺寸，換用切槽刀加工兩個(gè)圓弧槽至規(guī)定尺寸，換用內(nèi)孔刀加工兩個(gè)內(nèi)孔至規(guī)定尺寸；掉頭平端面，加工R4 mm 球頭和外圓33 mm 至規(guī)定尺寸，最后換用內(nèi)孔鏜刀加工內(nèi)孔，內(nèi)螺紋刀加工M24 mm內(nèi)螺紋。

2.2 錐套的加工工藝分析

錐套中加工內(nèi)容比較少，只有外圓、內(nèi)孔和內(nèi)螺紋，圖2中與裝配相關(guān)的尺寸很少，即使同軸度校正的不好也不影響后續(xù)的裝配和其他零件的加工。但是錐套的裝夾方案可能會(huì)存在多種，從圖2分析其長(zhǎng)度尺寸，大致都是從零件的左端型面加工，因?yàn)榕c左端面這個(gè)基準(zhǔn)面的尺寸較多[5]。以下是可能存在的多方案分析。

（1）方案1：車(chē)削左端型面，加工外圓φ58mm至φ26.5mm，使用頂針，換用切槽刀加工矩形槽至規(guī)定尺寸，撤開(kāi)頂針，換用內(nèi)孔刀加工內(nèi)孔至規(guī)定尺寸，換用內(nèi)螺紋刀加工M24 mm內(nèi)螺紋；掉頭平端面，加工外圓φ51 mm 至規(guī)定尺寸；掉頭加工外圓φ56.5 mm至規(guī)定尺寸。

（2）方案2：車(chē)削左端型面，加工外圓φ56.5mm至φ21.5mm，換用切槽刀加工矩形槽至規(guī)定尺寸，換用內(nèi)孔刀加工內(nèi)孔至規(guī)定尺寸，換用內(nèi)螺紋刀加工M24 mm內(nèi)螺紋；掉頭平端面，加工外圓φ58 mm和φ51 mm至規(guī)定尺寸。

這兩種方案是各有利弊的，方案1中將外圓φ56.5 mm抬高至φ58 mm，是為了掉頭以后能夠夾持這兩個(gè)外圓，但是這一開(kāi)始裝夾的長(zhǎng)度較短，可能加工槽的時(shí)候需要用到頂針，而且最后還要掉頭把外圓φ56.5 mm的尺寸再加工到位，如果擔(dān)心內(nèi)螺紋切削剛性較差，完全可以放到掉頭后加工，并且不影響裝配。所以方案1加工較為穩(wěn)定，但裝夾次數(shù)多。方案2中還是按照?qǐng)D紙來(lái)加工，沒(méi)有抬高外圓，在一開(kāi)始夾持長(zhǎng)度可以適當(dāng)提高，但是當(dāng)?shù)纛^加工時(shí)，夾持的長(zhǎng)度就只有6 mm了，平端面需要格外注意，并且內(nèi)螺紋放在這頭加工不太穩(wěn)定，唯一的優(yōu)點(diǎn)可能就是裝夾次數(shù)少便于打表，但是有了頂針?lè)龀旨庸?，而且錐套對(duì)形位公差的需求沒(méi)有那么多。所以方案2裝夾次數(shù)少，但加工不穩(wěn)定。因此這里選擇方案1是比較好的。

2.3 螺紋軸的加工工藝分析

螺紋軸的加工會(huì)用到外圓刀、仿形刀、切槽刀、外螺紋刀、端面槽刀以及可能需要用到的右偏刀[6]，它的加工方案也是存在爭(zhēng)議的，圖3 中一般都是從螺紋軸的右端型面開(kāi)始加工，但是觀察其左端型面，它的很多尺寸特別是矩形槽的長(zhǎng)度尺寸與左端面有聯(lián)系，這是存在爭(zhēng)議的其中一點(diǎn)。以下是對(duì)可能存在的加工方案分析。

（1）方案1：車(chē)削右端型面，鉆中心孔，使用頂針，加工外圓φ38 mm 至φ87 mm、外圓φ34 mm 至φ50 mm、外圓φ23.8 mm至φ24 mm，換用切槽刀加工退刀槽和兩個(gè)矩形槽至規(guī)定尺寸，換用仿形刀加工橢圓槽至規(guī)定尺寸，換用外螺紋到加工M24 螺紋至規(guī)定尺寸；掉頭平端面，鉆中心孔，換用端面槽刀加工端面槽至規(guī)定尺寸；工件伸出，使用頂針，換用右端刀加工外圓φ36 mm和φ56 mm至規(guī)定尺寸。

（2）方案2：車(chē)削右端型面，鉆中心孔，加工外圓φ38 mm至φ87 mm、外圓φ23.8 mm至φ24 mm，換用切槽刀加工退刀槽，換用外螺紋刀加工M24 外螺紋；掉頭平端面，鉆中心孔，換用端面槽刀加工端面槽至規(guī)定尺寸；工件伸出，使用頂針，換用切槽刀加工2個(gè)矩形槽和外圓φ56 mm、外圓φ36 mm；掉頭，使用頂針，換用仿形刀加工橢圓槽至規(guī)定尺寸。

2個(gè)方案都比較復(fù)雜。在方案1中，加工左端型面時(shí)將外圓φ36 mm 抬高至φ38 mm 是為了讓夾持更加穩(wěn)定用來(lái)保證端面槽的正常切削，并且加工的內(nèi)容較多，但是存在一個(gè)問(wèn)題就是即使在尺寸鏈計(jì)算正確的情況下，長(zhǎng)度尺寸22 mm 和14 mm 也難以保證，從圖5 中可以看出這兩個(gè)尺寸不影響裝配，這個(gè)方案在合適的場(chǎng)合可以采用。所以方案1加工穩(wěn)定，可能會(huì)丟失2個(gè)長(zhǎng)度尺寸，但并不影響裝配，且裝夾次數(shù)少，易于裝配。在方案2中，加工左端型面的內(nèi)容較少，矩形槽和端面槽是在同次裝夾中完成，但是橢圓槽的加工難度較高，這會(huì)影響后續(xù)的裝配和薄壁套的正常加工。所以方案2加工穩(wěn)定，尺寸易于保證，但裝夾次數(shù)多，裝配困難。因此這里選擇方案1較為合適。

2.4 薄壁套的加工工藝分析

薄壁套是一個(gè)薄壁零件，考慮到單件加工，從圖5 可以看出薄壁套的加工是需要和螺紋套、螺紋軸配合在一起加工，加工方案基本只有一種：車(chē)削左端型面，加工內(nèi)孔56 mm、38 mm至規(guī)定尺寸，換用外圓刀加工外圓58 mm至30 mm；掉頭平端面，換用內(nèi)孔刀加工內(nèi)孔43 mm 至規(guī)定尺寸；拆下薄壁套，依次裝上螺紋軸、薄壁套、螺紋套，換用切槽刀加工第一個(gè)異形槽，換用圓弧刀加工剩余2個(gè)異形槽。

3 注意事項(xiàng)

在四件套中的加工中，從螺紋套到薄壁套的加工工藝分析，它的生產(chǎn)形式是屬于單件加工，本文的難點(diǎn)似乎是薄壁套的裝夾問(wèn)題，從2個(gè)因素看，薄壁套的裝夾方案是唯一的，一個(gè)是這是軸類(lèi)配合零件的加工，另一個(gè)是單件加工，薄壁套的正常加工很大程度上是取決于螺紋套和螺紋軸的加工是否在尺寸精度上加工到位和形位公差上的保證，工藝分析能夠決定加工是否能夠在效率上達(dá)到最大化，在尺寸保證方面是否易于保證，但是零件的精度還是要取決于機(jī)床、刀具、切削參數(shù)的選擇和測(cè)量方法[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在FANUC系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床加工過(guò)程中，結(jié)合圖紙看技術(shù)要求、精度要求、配合要求，認(rèn)真仔細(xì)的分析是關(guān)鍵，制定合理的加工工藝是重點(diǎn)，分析其加工工藝，利用合理的加工工藝找尋一種對(duì)車(chē)削加工的方法，提高其加工精度和加工過(guò)程的穩(wěn)定，是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。本文通過(guò)分析四件套零件的加工工藝和加工方案確定，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化，并在實(shí)踐中檢驗(yàn)，提高了加工效率。