陶瓷模殼壓板零件數(shù)控加工與工藝分析

在機(jī)械加工中，薄壁盤類零件加工是一個(gè)較難解決的問題。在薄壁盤類零件加工過程中，零件裝夾和加工變形問題又是廣大加工者探討的重點(diǎn)問題，現(xiàn)就陶瓷模殼壓板的加工制作有關(guān)工藝分析和加工方法與大家交流。

陶瓷模殼壓板如圖1所示。

一、圖樣分析

該零件厚度為10mm，直徑為￠440mm，屬于典型薄盤類零件，整個(gè)盤面密布47-￠20mm的孔。由于金屬切除率較高，在加工中很容易引起盤面變形，對(duì)于圖樣要求的平面度與平行度要求很難保證。同時(shí)由于零件直徑大、厚度小，在數(shù)控車床上裝夾與定位難度較大。對(duì)該零件加工工藝進(jìn)行研究和分析，其加工及檢測(cè)難點(diǎn)如下：

一是該零件徑向尺寸較大，達(dá)到￠440mm，厚度為10mm，直徑和厚度比值達(dá)到44倍，在車床加工中屬于典型盤類零件加工，其端面加工線速度變化較大。

二是該零件厚度較薄，毛坯只有15mm，在銑床加工中容易引起盤面變形，同時(shí)在車床加工中裝夾定位難度較大。

三是圖樣要求端面47-￠20mm孔口尺寸一致，錐孔孔口尺寸在機(jī)床上無法完成準(zhǔn)確測(cè)量。

四是設(shè)備不配套問題，按常規(guī)要求需要大頭車床以及加工中心。可是學(xué)校僅有CK6150數(shù)控車床以及加工中心，CK6150數(shù)控車床的￠250mm卡盤無法完成該盤類零件直接裝夾。

五是尺寸方面要求重點(diǎn)有兩處：該零件端面錐孔孔口尺寸要求嚴(yán)格一致，否則會(huì)在使用過程中帶來泄漏問題；該零件形位公差要求較高。壓板上下平面均要求平面度達(dá)到0.05mm，加工中除了要考慮零件加工過程中產(chǎn)生的盤面變形，同時(shí)還要考慮加工中的讓刀問題。

六是由于零件加工材料為不銹鋼，在加工過程中需要考慮刀具的磨損及對(duì)于加工精度的影響。

二、陶瓷模殼壓板加工工藝分析及問題的提出

一般情況下，按照?qǐng)D樣設(shè)定常規(guī)工序的加工順序如下：

一是車床上加工外圓、端面、止口至尺寸要求；二是以下平面定位，鉗工畫線，確定47-￠20mm孔的位置；三是利用下平面定位，在搖臂鉆上完成鉆孔、擴(kuò)孔、成型刀加工錐孔至圖樣尺寸要求；四是鉗工清洗毛刺。

按照常規(guī)工藝編排進(jìn)行加工，由于劃線加工精度較低導(dǎo)致孔的實(shí)際位置不能達(dá)到圖樣密布要求，端面47-￠20 mm孔的加工，由于受到切削力方向的影響，零件的變形較大，容易超出圖樣尺寸要求，搖臂鉆精度較低，錐孔深度一致性較差，受以上因素影響，導(dǎo)致零件廢品率較高。

依據(jù)以上分析，結(jié)合學(xué)校數(shù)控機(jī)床的實(shí)際情況，筆者決定采用數(shù)控車床及加工中心來完成該零件加工。需要解決以下三個(gè)關(guān)鍵問題：

第一，數(shù)控車床裝夾問題。由于學(xué)校設(shè)備不配套，沒有大型號(hào)數(shù)控車床裝夾零件，壓板最大直徑僅達(dá)到￠436mm，數(shù)控車床CK6150雖然回轉(zhuǎn)直徑達(dá)到￠500mm，卻無法直接裝夾，經(jīng)過分析之后采用先在數(shù)控銑床上完成安裝孔的加工，再轉(zhuǎn)到數(shù)控車床上完成外圓及端面的加工來克服設(shè)備不配套帶來的影響。

第二，加工中盤面變形問題。在數(shù)控銑床上進(jìn)行定位鉆孔提高孔的位置度，為了防止鉆孔時(shí)由于切削力過大造成零件變形，采用蜂窩墊塊進(jìn)行支撐防止零件產(chǎn)生變形。同時(shí)在加工錐孔時(shí)，為了防止零件變形，采用成型刀周銑方式，變軸向切削力為徑向切削力。

第三，錐孔孔口測(cè)量問題。采用自制量具進(jìn)行間接測(cè)量。改進(jìn)之后雖然零件加工工序增加了，但是零件在加工過程中粗精加工劃分更加細(xì)致，尤其是在鉆孔之后完成零件的外圓、止口及端面的精加工，很好地去除了粗加工給零件帶來的變形。在數(shù)控銑上筆者采用周銑的方式完成錐孔的粗精加工，通過切削方式的轉(zhuǎn)變使切削變形降低。因?yàn)椴捎脭?shù)控銑床定位鉆孔，孔的位置精度較鉗工畫線相比大大提高，從而使零件成品率大大提高。陶瓷模殼壓板數(shù)控工藝流程見表1。

三、問題解決方案

1.數(shù)控車床裝夾問題

CK6150采用的250mm卡盤從外圓處無法直接裝夾，由于該零件從外圓處裝夾已經(jīng)不具備條件，只有從內(nèi)向外進(jìn)行反撐裝夾還可以考慮，但是零件毛坯是一個(gè)切割下來的圓盤，所以零件在車床上加工止口以及外圓部分之前，首先應(yīng)該先加工出來裝夾表面。經(jīng)過上述分析之后，筆者采用先在數(shù)控銑床上完成安裝孔的加工，再轉(zhuǎn)到數(shù)控車床上完成外圓及端面的加工來克服設(shè)備不配套帶來的影響，具體步驟如下。

（1）按圖2所示裝夾方式，在現(xiàn)有數(shù)控銑床上通過劃線確定基本中心，保證毛坯在數(shù)控車床上加工外圓時(shí)余量盡可能均勻，然后在直徑為￠246的分度圓上加工出120°等分的3個(gè)￠22的孔，這3個(gè)孔要求精銑，因?yàn)檫@3個(gè)孔是車床裝夾定位的基準(zhǔn)。在加工中為了防止零件在加工過程中產(chǎn)生變形，

如圖2所示，在零件下端安放了蜂窩墊塊，以免零件在鉆孔過程中因?yàn)榍邢髁Υ螽a(chǎn)生變形。

（2）加工三個(gè)專用螺釘，如圖3所示，這三個(gè)螺釘將在三爪卡盤上安裝起到內(nèi)撐孔的作用。為了增加螺釘與孔的接觸面，將螺釘定位表面與孔的接觸形式由線接觸改為面接觸，增加接觸面積，提高裝夾穩(wěn)定性。在安裝時(shí)如果螺釘圓弧定位面不在最高點(diǎn)，可以通過墊片進(jìn)行調(diào)整。

（3）零件在數(shù)控車床上裝夾，如圖4所示，完成端面加工。毛坯端面由于不夠平整，同時(shí)余量較大（毛坯厚度為15mm），所以在粗車之后留下1mm為精加工余量，由于零件直徑較大，端面切削速度變化較大，所以在加工時(shí)采用恒線速加工。由于CK6150簡(jiǎn)易數(shù)控車床采用的是普通四方刀架，如果按正常方向裝夾端面刀具將無法完成端面的加工，所以采用一把外圓反刀按照如圖方式完成端面大直徑處加工，由于受到加工機(jī)床行程的限制，在小直徑處的端面加工需要采用正刀接刀方式來完成。

2.加工中盤面變形問題

為了解決加工中盤面變形問題，筆者采用以下三種手段進(jìn)行解決：

（1）由于該零件影響變形較大的是鉆孔工序，在鉆孔粗加工時(shí)，為了減小切削力給零件帶來的變形，在零件下方增加蜂窩墊塊。在安裝零件時(shí)要注意工件預(yù)作孔與蜂窩墊塊孔的對(duì)應(yīng)性，否則在鉆孔時(shí)容易將蜂窩墊塊損壞。如圖5所示，筆者采用的方法是中心孔利用機(jī)床保證，圓周上預(yù)作孔采用圓柱銷來進(jìn)行定位。同時(shí)還要注意鉤形壓板在安裝壓緊時(shí)不要與工件上的孔產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，采用長形鉤形壓板，主要是為了防止壓緊螺釘與刀柄在加工時(shí)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。

（2）鉆孔之后零件內(nèi)應(yīng)力的釋放：鉆孔時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的切削力，零件內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生切削應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力的釋放會(huì)造成零件的盤面變形。為了解決這個(gè)問題，筆者采用在粗加工孔之后，將零件在自然環(huán)境下放置3天，再安排零件端面精加工。這樣可以很好的解決這個(gè)問題。

（3）錐孔的粗精加工：一般情況下，會(huì)采用成型刀直接向下擴(kuò)孔的方式完成該部加工，垂直于工件表面的切削力會(huì)造成零件的變形，為了解決這個(gè)問題，在數(shù)控銑床加工時(shí)用周銑方式進(jìn)行加工，通過改變切削力的方向減小零件變形。

3.錐度孔口測(cè)量問題

該零件作為壓板類零件，如果錐孔孔口尺寸不一致，零件在組裝后會(huì)產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象，導(dǎo)致整套機(jī)構(gòu)報(bào)廢，但是錐度孔口尺寸又很難采用直接測(cè)量方法得出。加工之后筆者采用如圖6所示的特制錐形量規(guī)，用刻線法對(duì)孔口尺寸進(jìn)行間接測(cè)量，將量規(guī)垂直與工件放置在錐孔中，水平觀察兩條測(cè)量基準(zhǔn)線露出孔口為幾條線，兩條線均露出代表錐孔尺寸偏小，露出上線為合格，兩線均陷入錐孔孔口代表錐孔尺寸偏大。

筆者通過以上工藝方法，在實(shí)際加工中，加工效果良好，零件合格率達(dá)到100%，通過充分利用數(shù)控車床與加工中心合理調(diào)配，通過對(duì)三爪卡盤的簡(jiǎn)單調(diào)整，在CK6150車床上完成450mm的盤類零件裝夾。在數(shù)控車床上筆者通過刀具的合理使用，采用內(nèi)孔車刀完成外圓與端面的加工；通過接刀的方式解決機(jī)床行程問題，合理地?cái)U(kuò)大了機(jī)床適用范圍，從而完成了該零件的加工；通過加工方法的改進(jìn)減小薄盤的加工變形，提高孔類零件的位置精度。該零件在加工中心上進(jìn)行多孔的加工，很好地保證了孔的位置精度，同時(shí)由于在加工中心上可以采取周銑的方式代替以往的垂直下刀擴(kuò)孔，有效地改變了切削力的方向，使得零件在加工過程中零件的變形大大減小，達(dá)到圖樣要求。

（作者單位：陳云海，北京金隅科技學(xué)校；

甄雪松，北京電子科技職業(yè)學(xué)院）