滑閥孔“銳邊”加工與檢測技術(shù)

摘 要：本文自主研制應(yīng)用于數(shù)控車床上的高精密車具，采用EVA熱熔膠粘接固定零件與工裝，并從設(shè)備、刀具、程序、工藝方法、測量等方面進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了深小孔處銳邊R≤0.02mm的技術(shù)突破，并采用比較法實(shí)施在線質(zhì)量評估檢測方法，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：銳邊；深小孔；高精密車具；EVA膠結(jié)；輪廓度儀

中圖分類號：TH 137" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基于XXX-12300細(xì)長滑閥孔兩端微小銳邊的加工與檢測難題，本技術(shù)采用數(shù)控車床加工銳邊結(jié)構(gòu)的方案，在不影響由珩磨工種加工的高精度細(xì)長閥孔尺寸及形位公差的前提下，自主研制應(yīng)用于數(shù)控車床上的高精密車具，采用EVA熱熔膠將零件與工裝固定粘接，有效提高了細(xì)長閥孔二次定位裝夾的定位精度和裝夾剛度，并從設(shè)備選擇、刀具優(yōu)化、數(shù)控程序優(yōu)化、操作者精準(zhǔn)對刀等方面進(jìn)行控制，將細(xì)長閥孔兩端閥口工作銳邊提高到R≤0.02mm的高精度尺寸。實(shí)現(xiàn)了小端面、細(xì)長孔二次定位裝夾加工深小孔處銳邊R≤0.02mm的技術(shù)突破，并采用零件剖切在輪廓度儀上直接檢測的方案，實(shí)現(xiàn)微小銳邊與垂直度的精準(zhǔn)測量，配合實(shí)行比較法實(shí)施在線質(zhì)量評判，即經(jīng)濟(jì)又有效。

1 方案設(shè)計(jì)思路

XXX-12300滑閥副（如圖1所示）配合孔?5.4mm×L56mm的直徑差（0.03±0.002）mm、圓柱度要求不大于0.005mm，滑閥副運(yùn)行時(shí)尺寸約為C值，其中“C值”兩端的工作棱邊處不僅有“（保持銳邊）R≤0.02mm”質(zhì)量特性的要求，還有0.03mm的垂直度要求，這5項(xiàng)特性指標(biāo)對XXX-123000滑閥的運(yùn)動氣隙性能產(chǎn)生重要影響?；y副的殼體外觀結(jié)構(gòu)為非對稱結(jié)構(gòu)，針對細(xì)長閥孔兩端微小銳邊的加工要求，?5.4mm×L56mm閥孔的直徑較小、長徑比大于10∶1且定位端面較小，銳邊（銳邊6要素如圖2所示）距端面較遠(yuǎn)處約（56-C值）÷2+C值≈43mm（殼體零件中心對稱），導(dǎo)致定位精度、裝夾剛性和刀具剛度極差。

技術(shù)要求：XXX-123002殼體上?5.4H8孔與XXX-123005滑閥外圓?d之間的配合間隙（直徑差）為（0.005-0.008）mm。

本技術(shù)研究的對象為?5.4mm×L56mm細(xì)長孔，如果采用數(shù)控車一次裝夾加工細(xì)長孔的兩端“銳邊”，既要保證閥孔的圓柱度，又要將相距較遠(yuǎn)的兩處“銳邊”加工到所要求的尺寸精度，其加工難度極高。想突破該技術(shù)難關(guān)，必須摒棄傳統(tǒng)的“一次裝夾加工銳邊”方案，開發(fā)“二次裝夾加工銳邊”的新技術(shù)。因此，本技術(shù)以提高?5.4mm×L56mm細(xì)長閥孔的高精度加工作為基礎(chǔ)條件，以高精度閥孔為定位孔的“高精密車具”實(shí)現(xiàn)裝夾，保證加工前“銳邊”處孔截面圓的跳動誤差不大于0.01mm（以垂直度⊥0.03mm的1/3作標(biāo)準(zhǔn)），并采取實(shí)測刀尖、優(yōu)化數(shù)控車編程、精準(zhǔn)測量與對刀等措施，實(shí)現(xiàn)“二次裝夾加工銳邊”的新技術(shù)突破。

2 夾具設(shè)計(jì)思路

因?yàn)榛y副配合孔加工時(shí)剛性差，零件為異性零件容易晃動，所以刀具切削時(shí)易產(chǎn)生振顫，導(dǎo)致零件報(bào)廢。針對車削振顫情況，除了要求機(jī)床的精度必須滿足零件的各項(xiàng)精度要求以外，還要求零件與機(jī)床之間連接足夠穩(wěn)定，才可滿足零件的加工精度要求。因此需要設(shè)計(jì)車具，解決零件在加工孔時(shí)因車削力過大而造成零件晃動的難題尤為重要。

本項(xiàng)目研制的高精密車具[1]結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從總體結(jié)構(gòu)上來說，本精密車具只由車具主體和法盤2個部分組成，相對簡單。但其自身制造精度以及與工件閥孔的配合精度要求非常高，如圖4所示。

本技術(shù)通過控制線切割加工閥孔底孔和珩磨精加工閥孔的尺寸精度（誤差不大于0.005mm），運(yùn)用精密滑閥偶合件配間隙加工技術(shù)，自主設(shè)計(jì)制造了車具細(xì)長定位芯軸，優(yōu)化夾持柄外圓與數(shù)控車床精密彈夾的配合尺寸，并使用雙頂尖裝夾磨削保證車具的夾持柄外圓與定位桿之間的高精度質(zhì)量要求——跳動量小于0.003mm；零件安裝完成后（裝夾在車具上），在啟動程序前需要打表找正零件?5.4mm閥孔長端端口處的跳動量小于0.007mm，然后使用EVA熱熔膠粘接固定零件與工裝，再次打表確認(rèn)滿足跳動量小于0.01mm（即垂直度⊥0.03mm的1/3）后，即可加工。

3 工藝方案的改進(jìn)

根據(jù)研究思路，在現(xiàn)行XXX-123000殼體組件的工藝方法基礎(chǔ)上，對工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，說明如下。1）原有20工序車工。將閥孔銳邊的兩處距離尺寸（2±0.02）mm改為（2.07±0.03）mm，為后序精車銳邊預(yù)留2次微進(jìn)刀的余量。2）原有45工序線切割。增加線切割孔軸線相對定位平面的平行度不大于0.05mm的要求，并采用數(shù)顯測高儀或三坐標(biāo)檢測來滿足要求。要求線切割采用“二切三修”加工方法，并固化切削參數(shù)，確保不同批次零件的孔尺寸的一致性，為后序的珩磨尺寸一致性提供條件。3）原有54工序珩磨。將孔?5.4（+0.04，-0.015）mm改為?5.4（+0.0035，0）mm，可將高精密車具的芯軸作為“塞規(guī)”，保證兩者配合間隙不大于0.007mm，其最終尺寸?5.4（+0.04，-0.015）mm將由后序研磨精加工完成。4）新增54B工序車工。根據(jù)圖4（b）、圖4（c）圖例，用千分表/0.001mm找正“高精密車具”并注膠固定后滿足滑閥基準(zhǔn)孔的徑向跳動量≤0.01mm的要求，精準(zhǔn)測量對刀端面相對銳邊處端面的深度值，設(shè)定單次走刀控制背吃刀量不大于0.025mm，循環(huán)兩刀查看閥口銳邊處的光亮度，確保手電光照下均勻光亮帶。確保零件閥口“銳邊”處的光亮達(dá)到檢驗(yàn)要求后，啟動程序車兩端內(nèi)孔，同時(shí)保證兩端內(nèi)孔孔口“銳邊”，然后用竹簽或背卷砂紙卷去除銳邊毛刺并用脫脂棉檢查，無掛扯情況即可。再進(jìn)行首件剖切，用輪廓度儀檢測（如圖5所示），合格后固化刀具和參數(shù)。批量生產(chǎn)時(shí)，切削加工及用脫脂棉檢查去毛刺情況后，操作者將機(jī)床轉(zhuǎn)速降至約60r/min，借助手電光用20倍放大鏡目測比對銳邊R及切削紋路，以判定是否合格。5）新增54C工序研磨。選擇W5粒度的碳化硼研磨膏，精研滑閥孔提升表面粗糙度Ra0.4即可。6）新增54D工序清洗。分粗、精洗，粗洗選用DHO-M626精密洗凈劑，精洗選用SKH-410快干型安全強(qiáng)力去污劑，超聲波清洗機(jī)參數(shù)設(shè)定為頻率28KHz、電流7A、定時(shí)20min。其他后序工序不做變更。

4 刀具、程序的改進(jìn)

4.1 優(yōu)化刀具及數(shù)控程序方面

選用超硬合金材質(zhì)、刀尖轉(zhuǎn)角r0.1的內(nèi)槽刀具[2]“M662GS W100L15R VBX”（修磨干涉處），刀具實(shí)物如圖6所示；實(shí)測刀尖圓弧半徑（本次投影值R0.09）編制數(shù)控程序，程序指令及走刀路徑如圖7所示[3]，精準(zhǔn)測量對刀端面相對銳邊處端面的深度尺寸值，控制端面吃刀深度小于0.025mm，并優(yōu)化其他切削用量，實(shí)現(xiàn)微小轉(zhuǎn)接半徑的切削加工。需要注意的是，因?yàn)榇嬖谘b夾跳動量誤差，所以起刀點(diǎn)設(shè)定應(yīng)避讓0.007mm編程。

4.2 精準(zhǔn)對刀要求與加工條件方面

對精準(zhǔn)對刀方面進(jìn)行多批次驗(yàn)證，現(xiàn)場操作者整理的銳邊加工步驟如下。1）用一試件料對內(nèi)槽刀，使X方向和Z方向尺寸精確。 2）裝夾夾具，找正夾具跳動量不大于0.01。3）精準(zhǔn)測量對刀端面相對銳邊處端面的深度值，確定需要加工的長度。4）裝夾零件，把零件裝入心軸，使零件自然下垂。5）打膠固定零件，確保凝固定牢。 6）對刀，對Z方向的偏移值（零偏）。7）運(yùn)行程序，加工銳邊。8）打手動轉(zhuǎn)速S=800r/min，用2000#砂紙反面拋光銳邊毛刺。9）剖切檢測銳邊R，合格后方可批產(chǎn)加工。

機(jī)床選擇方面，因?yàn)殇J邊的轉(zhuǎn)角r≤0.02mm，公差很小，所以需要選用主軸向竄動微小、主軸錐孔的徑向跳動微小的機(jī)床，例如哈挺T42數(shù)控車床。

操作者需要嫻熟對刀作業(yè)、精準(zhǔn)測量及實(shí)物質(zhì)量判定，應(yīng)具有車工技師及以上的資格。

5 內(nèi)槽閥口“銳邊”的檢測方法

5.1 計(jì)量檢測

“銳邊”處在小孔深處，“MarSurf UD 130”輪廓度儀（測量不確定度0.03μm/1.5mm）也難以計(jì)量，需要“剖切”中分兩半，采用裝夾計(jì)量檢測方案。

5.2 在線檢測

顯然，尤其是當(dāng)工件在機(jī)床上時(shí)，現(xiàn)場不具備“銳邊”質(zhì)量直接檢測評價(jià)的能力。當(dāng)前采取“比較法”。一方面，操作者在銳邊加工完成后，低速（小于60r/min）回轉(zhuǎn)下，借助手電光照目測確認(rèn)光亮環(huán)帶連續(xù)均勻；另一方面，專檢檢驗(yàn)員用20倍放大鏡查看“銳邊”處并與“合格件”比對，應(yīng)為連續(xù)一致的光亮環(huán)帶，不允許有明顯缺陷。

本技術(shù)的指標(biāo)達(dá)成情況見表1。根據(jù)上述檢測結(jié)果可以判定，銳邊r及垂直度2個關(guān)鍵指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。

6 結(jié)語

該技術(shù)從設(shè)備選擇、刀具優(yōu)化、數(shù)控程序設(shè)計(jì)、操作者精準(zhǔn)對刀等多方面進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了小端面、細(xì)長孔二次定位裝夾加工深小孔處銳邊R≤0.02mm的加工技術(shù)突破。采用零件剖切在輪廓度儀上直接檢測的方案，實(shí)現(xiàn)微小銳邊與垂直度的精準(zhǔn)測量，然后采用比較法進(jìn)行在線質(zhì)量評判。從生產(chǎn)實(shí)踐中儲備了技術(shù)力量，提高了工廠的綜合技術(shù)水平和新產(chǎn)品的研發(fā)能力。

參考文獻(xiàn)

[1]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊[M].第2版.北京：中國機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]徐宏海.數(shù)控機(jī)床刀具及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]趙玉剛，宋現(xiàn)春.數(shù)控技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.