法蘭內(nèi)側(cè)止口底面的加工及測(cè)量方法

張金生 廖世超 陽(yáng)建軍

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618000)

在某水電項(xiàng)目中，需要將轉(zhuǎn)子中心體與上端軸和下端軸進(jìn)行裝配連接，為了保證裝配精度，除了對(duì)配合處的內(nèi)外圓嚴(yán)格要求外，還對(duì)上端軸和下端軸的法蘭內(nèi)側(cè)的止口底面提出嚴(yán)格要求，以保證裝配時(shí)螺釘頭的接觸面積、預(yù)緊力等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求。法蘭內(nèi)側(cè)止口底面的加工方法通常有三種：(1)選用鏜刀進(jìn)行鏜削，通過(guò)多次接刀完成止口底面的加工，此種加工方法的缺點(diǎn)是對(duì)安裝刀具、接刀痕跡的控制提出了嚴(yán)格要求，通常很難達(dá)到較高精度；(2)使用板刀進(jìn)行鏜削，雖然解決了接刀的問(wèn)題，但此種方法對(duì)刀具的制造、安裝精度等要求極高，由于刀具刃口長(zhǎng)，加工過(guò)程中振動(dòng)的可能性極大，且不易消除；(3)選用角銑頭來(lái)加工，即從法蘭內(nèi)側(cè)進(jìn)刀，采用銑削的方式來(lái)加工止口底面，需要多次裝夾工件，并找正，輔助時(shí)間多，導(dǎo)致加工效率偏低。因此，迫切需要尋找一種對(duì)刀具要求低、易于操作、能達(dá)到較高精度的止口底面加工方法。

1 常用方法對(duì)比

此水電項(xiàng)目中，上端軸和下端軸的法蘭厚度為200 mm，法蘭內(nèi)側(cè)止口直徑?150 mm，通孔直徑?86 mm，圖紙要求止口底面與基準(zhǔn)面的平行度0.05 mm，如圖1所示，止口底面徑向范圍是(150 mm-86 mm)÷2=32 mm。

止口底面的加工方法通常有三種，一種是選用鏜刀進(jìn)行鏜削，若鏜刀刃口長(zhǎng)度為20 mm，至少需要加工兩次，才能完成止口底面的加工，并且刀具刃口必須垂直于鏜床的回轉(zhuǎn)軸線，這兩項(xiàng)要求對(duì)機(jī)加操作和設(shè)備精度都提出了極為嚴(yán)格的要求，同時(shí)要求操作人員具備良好的操作技能，并且在加工過(guò)程中需要不斷地檢測(cè)來(lái)驗(yàn)證是否滿足以上兩個(gè)條件，加工效率極低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

另外一種方法是選用高速鋼板刀進(jìn)行鏜削，這種方法雖然避免了第一種方法的接刀問(wèn)題，但是，由于刀具刃口更長(zhǎng)(至少35 mm)，對(duì)刀具的精度要求更高，板刀的定位精度也必須達(dá)到很高的要求，同時(shí)，由于參與切削的刃口長(zhǎng)達(dá)32 mm，振動(dòng)現(xiàn)象會(huì)隨之出現(xiàn)。綜合分析，此種加工方法需要制作專用刀桿，且刀具刃口直線度應(yīng)小于0.01 mm，加工過(guò)程中的振動(dòng)現(xiàn)象影響了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。

第三種方法是還可以選用角銑頭來(lái)加工止口底面，即直接從法蘭內(nèi)側(cè)進(jìn)刀，采用銑削的方法來(lái)完成止口底面的加工。由于共有20個(gè)法蘭孔，不能一次完成加工，需要多次裝夾工件并找正，才能完成所有法蘭孔止口底面的加工。對(duì)裝夾工件提出了較高要求，輔助時(shí)間過(guò)多，導(dǎo)致加工效率偏低。

2 止口底面的加工方法及刀具

通過(guò)前面分析，鏜削方式加工止口底面對(duì)刀具、機(jī)床、操作人員等要求極高，且加工過(guò)程中需要反復(fù)檢查、調(diào)整，加工效率較低。為了提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)銑削方式加工止口底面進(jìn)行了分析研究。

2.1 刀具設(shè)計(jì)

由于止口位于法蘭內(nèi)側(cè)，若能一次裝夾完成所有止口底面加工，可節(jié)省大量輔助時(shí)間；并且達(dá)到止口底面平行度0.05 mm的要求，要求操作方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠，才能更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量。

選用三面刃銑刀盤，通過(guò)銑削的方式來(lái)加工止口底面，可有效地避免了常規(guī)方法存在的問(wèn)題。如圖1所示，止口底面徑向范圍為32 mm，即對(duì)刀盤的尺寸提出了限制條件，即刀盤半徑與刀桿半徑之差大于32 mm。在這種條件下，刀盤與刀桿的配套尺寸有兩種可能，如圖2所示。

?119刀盤?114刀盤

第一種情況是刀盤直徑覆蓋了?84 mm(按?86 mm通孔單邊預(yù)留1 mm間隙，保證刀桿與孔壁不干涉)通孔的所有范圍，此種情況下，由于刀盤直徑較大，可設(shè)計(jì)較大的刀桿直徑(≥?50 mm)；第二種情況是刀盤直徑覆蓋了?84 mm通孔的大部分，此種情況下，由于刀盤直徑較小，可將刀桿直徑設(shè)計(jì)為?45 mm。

分析第一種情況，止口底面徑向32 mm的范圍是由切削刃的不同部位切削形成的，且有一環(huán)帶B的平面度較差，平行度不能滿足圖紙要求，見(jiàn)圖3所示。要解決環(huán)帶平面度和平行度的問(wèn)題，這就對(duì)切削刃的直線度、安裝位置關(guān)系提出了嚴(yán)格要求，就與常規(guī)加工方法存在同樣問(wèn)題，對(duì)刀具、操作要求極高。

圖3 切削后環(huán)帶示意圖Figure 3 Ring belt after cutting

分析第二種情況，止口底面徑向32 mm的范圍也是由切削刃的不同部位切削形成的，但是，如果保證刀尖處于刃口的最高點(diǎn)，那么止口底面徑向32 mm范圍的最終輪廓就是由刀尖切削形成的，而刃口的其他部位只是參與了粗加工階段的切削，避免出現(xiàn)環(huán)帶B。

通過(guò)以上分析確定了刀具的設(shè)計(jì)尺寸，刀具設(shè)計(jì)示意圖見(jiàn)圖4。三面刃銑刀應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件：

圖4 三面刃銑刀示意圖Figure 4 Three face edge milling cutter

(1)刀桿長(zhǎng)度應(yīng)大于法蘭厚度；

(2)刀盤直徑與刀桿直徑應(yīng)合理匹配，確保刀盤不會(huì)100%覆蓋通孔，同時(shí)保證足夠大的刀桿直徑；

(3)刀尖應(yīng)位于切削刃的最高點(diǎn)，確保最終輪廓由刀尖切削形成。

2.2 加工方法

在加工止口底面之前應(yīng)先將?86 mm通孔和?150 mm止口加工符圖，并對(duì)止口底面進(jìn)行粗加工，止口底面預(yù)留1 mm的精加工余量。精加工止口底面時(shí)，首先確定好刀具的中心位置，然后將刀桿沿Z向移動(dòng)進(jìn)入通孔，安裝刀盤，采用銑削的方式逐步加工止口底面符圖。

銑削底面時(shí)，由于切削刃口較長(zhǎng)，切削刃各部位的切削狀況各不相同，若采用Z向直線進(jìn)給的方式，將會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，影響底面的粗糙度及平行度。所以，銑削時(shí)應(yīng)采用螺旋插補(bǔ)，Z向去量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，執(zhí)行2圈周向銑削，確保止口底面的平面度。數(shù)控程序如下：

F100 S240 M03

G0 X0 Y0 Z-10

X-18

Z0

G3 I18 J0 Z1 K0.2

G3 I18 J0

G3 I18 J0

G0 X0 Y0 Z-10

M30

通過(guò)以上加工方法，加工效率明顯提升，止口底面的加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)。由于刀具從法蘭外端面進(jìn)入通孔，可在一次裝夾中完成法蘭端面上所有止口底面的加工，減少了大量的輔助時(shí)間。通過(guò)實(shí)踐，分半精加工和精加工兩次加工止口底面，加工一處止口底面用時(shí)僅需30 min。

3 測(cè)量方法

如圖1所示，除了對(duì)止口底面有平行度要求外，還必須保證止口底面至法蘭外端面的尺寸公差197 mm±0.1 mm。此尺寸可通過(guò)間接測(cè)量的方式進(jìn)行測(cè)量，即首先測(cè)量法蘭厚度尺寸200 mm，再使用深度尺測(cè)量止口深度，即可計(jì)算確定止口底面至法蘭外端面的距離。如圖2中的?114 mm刀盤所示，在不拆卸刀盤的情況下，仍有空余空間供深度尺測(cè)量深度，這樣就節(jié)省了拆卸、安裝刀盤的輔助時(shí)間。這種間接測(cè)量深度的方法測(cè)量誤差小于0.02 mm，能夠滿足尺寸公差197 mm±0.1 mm的測(cè)量要求。

4 加工精度分析

利用三面刃銑刀盤的端齒加工止口底面，回避了常規(guī)加工方法中對(duì)刀具精度、刀具安裝精度、操作人員的技能等多方面的要求，簡(jiǎn)化了操作流程，減少了輔助時(shí)間。在實(shí)際切削過(guò)程中，刀具刃口僅參與了止口底面的粗加工，止口底面的最終輪廓由刀尖切削形成，保證了底面的平面度，同時(shí)也保證底面的平行度，并且能夠獲得良好的粗糙度。通過(guò)這種方法加工后，底面與基準(zhǔn)面的平行度可達(dá)到0.02 mm以內(nèi)，粗糙度小于Ra3.2 μm，完全滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

選用三面刃銑刀，通過(guò)銑削的方式加工法蘭內(nèi)側(cè)止口底面，方法簡(jiǎn)單易操作，通用性強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，節(jié)約了大量輔助時(shí)間，并且能夠?qū)崿F(xiàn)方便快捷的測(cè)量，提高了加工效率，該加工方法實(shí)際應(yīng)用效果顯著，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。