陶瓷模殼壓板零件數(shù)控加工與工藝分析

在機械加工中，薄壁盤類零件加工是一個較難解決的問題。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，對于圖樣要求的平面度與平行度要求很難保證。同時由于零件直徑大、厚度小，在數(shù)控車床上裝夾與定位難度較大。對該零件加工工藝進行研究和分析，其加工及檢測難點如下：

一是該零件徑向尺寸較大，達到￠440mm，厚度為10mm，直徑和厚度比值達到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，錐孔孔口尺寸在機床上無法完成準確測量。

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有兩處：該零件端面錐孔孔口尺寸要求嚴格一致，否則會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，按照圖樣設(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)工藝編排進行加工，由于劃線加工精度較低導致孔的實際位置不能達到圖樣密布要求，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，導致零件廢品率較高。

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

第一，數(shù)控車床裝夾問題。由于學校設(shè)備不配套，沒有大型號數(shù)控車床裝夾零件，壓板最大直徑僅達到￠436mm，數(shù)控車床CK6150雖然回轉(zhuǎn)直徑達到￠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)控銑床上進行定位鉆孔提高孔的位置度，為了防止鉆孔時由于切削力過大造成零件變形，采用蜂窩墊塊進行支撐防止零件產(chǎn)生變形。同時在加工錐孔時，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，錐孔孔口測量問題。采用自制量具進行間接測量。改進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。因為采用數(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)向外進行反撐裝夾還可以考慮，但是零件毛坯是一個切割下來的圓盤，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￠22的孔，這3個孔要求精銑，因為這3個孔是車床裝夾定位的基準。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為切削力大產(chǎn)生變形。

（2）加工三個專用螺釘，如圖3所示，這三個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。在安裝時如果螺釘圓弧定位面不在最高點，可以通過墊片進行調(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，所以在加工時采用恒線速加工。由于CK6150簡易數(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，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。在安裝零件時要注意工件預作孔與蜂窩墊塊孔的對應性，否則在鉆孔時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床保證，圓周上預作孔采用圓柱銷來進行定位。同時還要注意鉤形壓板在安裝壓緊時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產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。

（2）鉆孔之后零件內(nèi)應力的釋放：鉆孔時會產(chǎn)生較大的切削力，零件內(nèi)部會產(chǎn)生切削應力，內(nèi)應力的釋放會造成零件的盤面變形。為了解決這個問題，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問題。

（3）錐孔的粗精加工：一般情況下，會采用成型刀直接向下擴孔的方式完成該部加工，垂直于工件表面的切削力會造成零件的變形，為了解決這個問題，在數(shù)控銑床加工時用周銑方式進行加工，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，零件在組裝后會產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象，導致整套機構(gòu)報廢，但是錐度孔口尺寸又很難采用直接測量方法得出。加工之后筆者采用如圖6所示的特制錐形量規(guī)，用刻線法對孔口尺寸進行間接測量，將量規(guī)垂直與工件放置在錐孔中，水平觀察兩條測量基準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，在實際加工中，加工效果良好，零件合格率達到100%，通過充分利用數(shù)控車床與加工中心合理調(diào)配，通過對三爪卡盤的簡單調(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床行程問題，合理地擴大了機床適用范圍，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行多孔的加工，很好地保證了孔的位置精度，同時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，達到圖樣要求。

（作者單位：陳云海，北京金隅科技學校；

甄雪松，北京電子科技職業(yè)學院）