車削中心加工偏心孔工藝方法

徐偉

中車青島四方車輛研究所有限公司 山東青島 266031

1 序言

對(duì)于常規(guī)車削加工而言，當(dāng)工件具有偏心孔或偏心結(jié)構(gòu)時(shí)，需通過設(shè)計(jì)專用工裝夾具、多次裝夾方可完成車削過程。如工件精度要求較高，采用這種方法則會(huì)造成較高的廢品率，甚至使得車削加工變得不可行。若采用多軸車削中心加工，通過編程，科學(xué)地利用不同的旋轉(zhuǎn)中心軸和各動(dòng)力座，則可使工件加工精度得到可靠保障。下面以某型減振器零件為例，介紹需要實(shí)施車削、銑削和鉆削的復(fù)雜件的加工工藝。

2 傳統(tǒng)工藝加工底閥座零件存在的問題

底閥座是某型減振器的一個(gè)重要部件，其加工圖樣如圖1所示，幾何精度要求較高，尤其是各偏心孔的位置精度要求較高。采用傳統(tǒng)工藝加工時(shí)，需先加工外圓，再在立式加工中心上進(jìn)行各偏心孔的加工，雖然一次裝夾能夠全部完成，但存在以下問題：①偏心孔距尺寸精度高，需重復(fù)定位精度高的夾具。②端面槽加工需定制專用刀具，成本較高，且訂制周期長。③內(nèi)孔及倒角的加工所使用的刀具多，編程繁瑣，生產(chǎn)效率較低。使用大型立式加工中心加工時(shí)，批量加工效率低，生產(chǎn)成本高。

圖1 底閥座加工圖樣

為保證加工精度，尤其是為了滿足端面槽表面粗糙度值Ra0.8μm及各孔尺寸精度，決定改為采用車削加工中心，一次裝夾完成全部加工工序，以提高加工效率、降低生產(chǎn)成本。

3 加工設(shè)備能力分析

根據(jù)加工要求，選擇LBR-370M數(shù)控車削中心完成零件的加工。該設(shè)備帶有主軸側(cè)面、端面鉆銑動(dòng)力裝置和主軸定位C軸。零件一次裝夾除完成車削外，還可在工件軸向或徑向進(jìn)行鉆削、銑削及攻螺紋的復(fù)合加工，加工精度、效率較高。

LBR-370M數(shù)控車削中心采用OSP-E100L數(shù)控系統(tǒng)[1]，主軸轉(zhuǎn)速50～4500r/min，自動(dòng)2擋變速。X軸/Z軸重復(fù)定位精度0.0015mm，最小脈沖0.001mm；C軸重復(fù)定位精度0.007°，最小脈沖0.001°；回轉(zhuǎn)刀架刀具12把，動(dòng)力刀具12把；液壓卡盤重復(fù)定心精度0.007mm。

根據(jù)機(jī)床精度參數(shù)和功能特點(diǎn)，將零件外圓中心與車床回轉(zhuǎn)中心偏移6.5mm，加工φ21+0.05mm孔的

+0中心自然與工件外圓中心偏心6.5mm，達(dá)到通過車削完成偏心孔加工的目的。工件裝夾如圖2所示。然后通過車削中心精確定位分度的C軸功能，完成2個(gè)φ11mm孔的加工，達(dá)到一次裝夾完成各偏心孔加工的目的。

圖2 工件裝夾示意

4 零件加工難點(diǎn)與工藝方案

從理論角度看，能夠在數(shù)控車削中心上通過一次裝夾完成全部偏心孔的加工，但因偏心孔距（6.5±0.05）mm以及2個(gè)φ11mm孔位置具有極高的精度要求，所以如何使工件在數(shù)控車削中心中的裝夾具有足夠的定位精度，是解決偏心孔加工的關(guān)鍵。為此，采取如下工藝方案。

（1）制作專用偏心卡爪 先在液壓卡盤上安裝一副軟卡爪，在回轉(zhuǎn)刀架上安裝端面鉆銑動(dòng)力刀座，用動(dòng)力刀座的彈簧夾套裝夾1把微調(diào)鏜刀（可調(diào)整尺寸），將液壓卡盤在C軸圓周定位在0°并鎖緊，在－X軸上精確偏心6.5mm，鏜液壓卡盤軟卡爪的內(nèi)爪面，加工至軟卡爪夾緊φ43mm外圓的可調(diào)范圍內(nèi)即可。這樣就加工出了一副夾持零件外圓中心與車床回轉(zhuǎn)中心偏移6.5mm的偏心卡爪（見圖2）。

（2）定位誤差分析 液壓卡盤卡爪的聯(lián)接方式是精密齒條聯(lián)接，重復(fù)定位精度高，經(jīng)過反復(fù)安裝測量，軟卡爪重復(fù)裝夾定位誤差在0.02mm以內(nèi)。另外，機(jī)床X軸定位精度0.001mm，液壓卡盤定心精度0.007mm，C軸圓周定位精度0.001°，累積誤差非常小，偏心距（6.5±0.05）mm位置精度能夠保證。

（3）確定2個(gè)φ11mm孔的加工位置 由于φ21mm孔中心偏離工件外圓中心6.5mm，因此2個(gè)φ11mm孔的中心位置分別在C軸的－24.85°和+24.85°與φ21mm孔中心同心圓φ42.32mm的交點(diǎn)上。同樣，2個(gè)φ11mm孔的定位尺寸精度也能夠保證。圖3為加工2個(gè)φ11mm孔位置尺寸。

圖3 加工2個(gè)φ11mm孔位置尺寸

采用專用偏心卡爪的加工精度得到確認(rèn)后，編制如下加工工藝路線。

1）按圖樣精加工各外圓和長度尺寸。

2）換裝偏心卡爪，夾φ43mm外圓，φ18mm鉆頭在X0位置鉆孔。

3）用反內(nèi)孔刀加工φ21+0.05+0mm各孔并倒角。

4）用小內(nèi)孔刀加工45°端面槽及倒角，控制表面粗糙度值Ra0.8μm。

5）用動(dòng)力刀座f10mm鉆頭在X42.32mm位置，程序控制C軸分別定位－24.85°和+24.85°，鉆深15mm。

6）用f11mm立銑刀加工2個(gè)f11mm孔深15.5mm至f4mm凸臺(tái)面。

7）用專用f11mm鍵槽立銑刀（中心有f4mm孔）加工f4mm凸臺(tái)。

8）可調(diào)鏜刀桿裝專用鏜刀，精加工凸臺(tái)f4-0-0.1mm并倒角。

9）用定心鉆加工2個(gè)f11mm孔口倒角，防止攻M12×1mm螺紋時(shí)翻邊。

10）用M12×1mm絲錐攻螺紋深10mm。

5 工藝成果

上述工藝方案充分利用了數(shù)控車削中心C軸定位精度高、可進(jìn)行復(fù)合加工等功能特點(diǎn)，批量加工出的零件偏心孔尺寸精度和表面粗糙度完全合格；零件裝夾快捷，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率得到較大提高。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，首批100件的合格率由傳統(tǒng)加工方法的不足70%提高到了99%，且加工效率提高了300%以上。證明工藝創(chuàng)新獲得了較高的應(yīng)用成果，也為類似結(jié)構(gòu)零件的加工提供了借鑒。

加工過程中還獲得了如下操作經(jīng)驗(yàn)。

1）主軸旋轉(zhuǎn)過程中，在偏心力的作用下，轉(zhuǎn)速過高容易引起機(jī)床振動(dòng)，影響加工質(zhì)量。對(duì)主軸轉(zhuǎn)速限制在2500r/min以下，由于零件偏心距小，所以沒有做平衡處理。如果偏心距較大，加工之前對(duì)液壓卡盤須做平衡處理，以確保加工質(zhì)量和設(shè)備安全。

2）每次拆裝液壓卡盤卡爪應(yīng)清洗干凈，以免影響定位精度，并調(diào)整液壓卡爪壓力，使壓力均衡。

3）對(duì)偏心卡爪背面精密齒條的安裝位置做出記號(hào)，避免下次裝錯(cuò)。

6 結(jié)束語

本次工藝創(chuàng)新經(jīng)批量加工達(dá)到了預(yù)期效果，大幅提高了零件加工的合格率，提高了工作效率和設(shè)備綜合利用率，通過了單位工藝技術(shù)管理部門組織的革新成果鑒定。該工藝創(chuàng)新成果為相似工件的高效加工提供了借鑒，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。