某骨架零件加工工藝研究

王國峰，王東升

（中航工業空空導彈研究院，河南洛陽471000）

某骨架零件加工工藝研究

王國峰，王東升

（中航工業空空導彈研究院，河南洛陽471000）

分析了一種復雜結構骨架零件的工藝特點和加工難點，并根據零件特征制定了合理的加工工藝方案，針對工藝難點深腔小孔加工，數控銑裝夾困難以及加工工步、刀具和切削參數選擇等采取了相應的工藝解決措施，經產品試制驗證，措施有效。

復雜結構；工藝方案；措施；裝夾

某骨架零件結構復雜，如圖1所示，由于需求數量較少，使用鑄件毛坯加工，模具成本較高，故從經濟性考慮確定此零件由機械加工來完成。但由于其結構較為復雜，工藝性差，零件裝夾較為困難，故需要探索加工工藝技術，制定合理工藝方案，盡快提供合格零件，滿足裝配需要。本文通過對零件工藝特點和加工難點進行深入分析，設計了較為合理的工藝方案，并針對工藝難點采取了相應的解決措施，保證加工出的零件合格，滿足了產品研制需要。

圖1　骨架結構圖

1　零件工藝性分析及加工難點

該骨架零件材料為45#鋼，其廣泛應用于機械制造行業，是最常用的中碳鋼，它的機械性能好，但淬火性能不好，水淬時易產生裂紋，根據零件使用要求，即作為產品內部固定傳感器及線纜插頭等使用，使用過程中不承受大的載荷，對硬度無要求，因此，零件可不進行調質處理，零件硬度不高，切削加工性較好。但由于其結構復雜，特征繁多，工藝實現起來難度較大，主要難點如下：

1.1零件特征多，工藝流程安排難度大

根據圖1所示，零件形狀不規則，結構復雜，零件上各種型腔、槽、孔等特征較多，加工順序安排及工藝基準的確定較為困難，每一道工序安排必須考慮后續工序的裝夾定位問題，以及設計基準轉換為工藝加工基準后的尺寸換算問題，如果加工順序選擇不當，會出現后邊加工時無法裝夾，或設計圖紙尺寸難以保證等情況出現。

1.2裝夾定位困難，切削變形大

如前所述，零件的結構復雜，可用于裝夾定位的面少，需要在安排工藝流程時解決裝夾定位問題，特別是圖1中上半部分特征的加工，裝夾定位較為困難，必須設計專用的銑工夾具，便于裝夾和角向定位。另外，由于零件去除余量較大，材料去除率高，加工中極易發生變形，需要確定合理的加工工步，選擇合適的刀具和切削參數，減少切削變形。

1.3深腔小螺紋孔加工難度大

如圖2所示，零件端部臺階面上兩個M2小螺紋孔，由于其所在平面A距離端面距離25 mm，螺紋底孔深度約10 mm，總長度達到35 mm，而M2-6G螺紋底孔尺寸約為φ1.6 mm，長徑比達22，需采用加長鉆頭。一方面，由于鉆頭本身強度低，剛性差，加之孔小，切屑不易排出，容易造成切屑堵塞，加工時易折斷；另一方面，由于懸出部分較長，加工時容易出現偏斜，孔位置尺寸難與保證。此外，用絲錐攻螺紋時，普通標準絲錐長度也不能滿足零件需要，需要購置加長絲錐或制作加長桿。

圖2　螺紋孔

2　工藝方案及解決措施

2.1制定合理的加工工藝方案

根據對零件結構的詳細分析，按照確保零件尺寸精度，減少裝夾次數的原則，依據主要尺寸的設計基準，確定工藝加工基準形成順序，初步確定工藝思路如下：使用130×190鋼棒加工，每件毛坯加工兩件零件。首先由車工分粗精加工完成零件外輪廓及內圓弧面加工，如圖3所示，內孔由兩端鏜孔，將接刀痕留在后續銑削加工型腔可去除位置，保證內外圓同軸度要求，同時，對尺寸公差進行了控制，滿足后續四軸加工堵頭定位需要。

圖3　車工加工

零件的軸線基準加工形成后，由四軸加工中心夾持已車削一端外圓臺階，另一端內孔堵頭定位，頂尖頂緊，如圖4所示，完成型腔、槽、孔的加工，圓周方向6-M5螺紋底孔加工并引螺紋3～5扣，型腔內平面上8處螺紋由于零件最終剖開后，裝夾困難，攻絲不易保證與所在平面垂直，故需要在四軸加工時引螺紋3～5扣。此外，主視圖中尺寸左側端面由車工和銑工兩次加工而成，必須控制壓縮前期車工臺階軸向位置尺寸公差和后續銑工接刀，才能保證尺寸要求。

圖4　四軸加工

在零件徑向特征加工完畢后，安排五軸加工去除零件端部四軸夾持部分臺階，保證尺寸100 mm，加工型腔、槽、端面φ70 mm平底孔，同時一次完成端面和側面共12處M2螺紋底孔加工。需要注意的是，H向旋轉視圖中尺寸5±0.1右端面接刀臺階凸出需控制在0.05以內，以保證尺寸8要求，φ70mm平底孔需壓縮深度公差，便于后續孔底平面接刀控制。如圖5所示。

圖5　五軸加工（1）

在外部特征加工完畢后，安排線切割將零件從中間切開，為防止零件切斜，在切斷面留1mm余量，安排三軸立加加工切斷面，保證尺寸51.5，并保證垂直度要求，從而形成加工內腔的基準面。如圖6所示。

圖6　零件切開

基準修復后，安排五軸進行內側型腔、槽、孔的加工。此時可供夾持面較少，需重點解決零件裝夾定位問題，此外由于此時去除余量大，零件切削變形較大，需確定合理的加工步驟、刀具和切削參數等，減小切削力和切削變形。如圖7所示。

圖7　五軸加工（2）

五軸加工完后，安排臥加以零件底面定位，兩端外圓弧面處壓緊，一次完成端面及側面孔加工，如圖8所示。

圖8　臥加工序

2.2深腔小孔加工措施

首先，加工此幾處小孔時，由于零件結構所限，所使用鉆頭長徑比較大，鉆孔時軸向受力增大，必須對鉆頭的橫刃進行修磨，這是由于鉆尖是鉆頭承擔切削最重要的部分，而橫刃對鉆頭的切削性能影響很大。鉆頭入鉆時橫刃起著定心的作用，從而影響到所鉆孔的形狀、位置和尺寸精度；橫刃產生的軸向力占鉆削軸向力的50%～60%［1］，適當修磨橫刃長度可減小切削阻力。通常鉆頭直徑d=1.5～12mm時，鉆心厚度取（0.2～0.15）d，因此，φ1.5鉆頭實際鉆心厚度達到0.225～0.3mm.鉆孔時，橫刃的擠壓作用就更加突出。為了提高鉆頭的鉆削性能，必須對鉆頭的橫刃進行修磨，鉆心厚度修磨到0.1～0.2 mm，橫刃長度為鉆心的1/3～1/5，這樣修磨后，切削阻力大大減小。

其次，在鉆小孔時，須先用中心鉆進行引鉆，防止由于小鉆頭剛性差而引起傾斜，造成鉆頭損壞；在鉆底孔前，先用φ1.3～φ1.4鉆頭進行粗鉆6 mm深，然后用φ1.5銑刀插銑，以達到校正孔位置的作用，最后再用φ1.6鉆頭加工孔徑及深度到尺寸。需要注意的是，鉆孔過程中要及時排屑，防止鐵屑堵塞，加工過程中需密切關注鉆屑是否順利排出，若有異常及時退出鉆頭查看。

最后，在鉗工攻絲時，特別的側面的螺紋孔，由于沒有可利用的定位面，手工攻絲容易攻歪，普通絲錐長度無法滿足要求，定制加長絲錐周期長，成本高，且剛性不一定滿足要求，鑒于此，利用先用的標準M2合金絲錐，設計了攻絲加長桿，保證加長桿小孔和外徑的同軸度在0.02以內，且加長桿小孔和絲錐柄部配合間隙不能過大，徑向用緊定螺釘壓緊，這樣增強了絲錐的剛性，加工螺紋全部合格。

2.3保證零件裝夾剛性，確定合理加工工步

首先，根據零件特點，選取長度方向的兩個尺寸面作為夾緊面，寬度方向的兩個面及R60外圓弧面定位，確定零件角向中心，同時由于零件加工過程中材料去除量大，零件主體部分加工完后只有5 mm厚，剛性較差，故夾具需要有足夠剛性，設計專用銑工夾具如圖9所示。

圖9　銑工夾具

2.3.1零件裝夾要點

由于零件剛性差，為了減少零件加工后的變形，在裝夾過程中，零件與夾具之間不能采取緊配合，必須采用間隙配合的方法。但是間隙配合會對零件角向定位的可靠性造成影響，因此在尺寸100的定位面與零件之間的間隙中需塞入銅皮，保證其定位的可靠性，最后找正時找平零件的上表面作為加工基準。

2.3.2零件加工工步

首先，去除左邊深腔的大余量，在側面及底面均留0.5的精加工余量，再去除右邊型腔及四個槽大余量，同樣側面底面留0.5 mm的余量，如圖10所示。完成半精加工工序后，松開零件，釋放零件殘余應力。然后，適當減小夾緊力，重新找平上表面后再次夾緊。改變切削參數后，加工零件至尺寸。

圖10　銑工加工

2.3.3加工刀具及切削參數的選擇

（1）刀具選擇

由于零件剛性極差的特點，在刀具選擇方面，盡量選擇直徑較小的刀具，從而降低切削力，減小零件變形。綜合加工效率來考慮，右邊部分型腔半精及精加工均采用直徑為φ10 mm的刀具，左邊部分型腔半精加工采用φ10 mm的刀具，精加工時四個槽采用φ6mm的刀具。刀具參數的選擇上考慮選用螺旋角小的刀具，從而降低刀具加工時產生的軸向拉力。同時，選用刀尖圓角小的涂層合金銑刀。刀尖圓角小是為了保證刀具的鋒利，減小切削力［2］。因為材料未經過熱處理調質，因此存在材料內部組織不均勻的情況，使切削條件變差，選用涂層合金銑刀的目的是為了保證刀具的耐磨性，最終減小切削力。

（2）切削參數選擇

在本工序加工時，考慮到零件剛性差極易變形的特性，切削參數的選用原則是小切深、低切速、中等進給速度的原則。粗加工時ap=0.5 mm，V=30 m/min，f=0.2 mm/r；精加工時ap=0.2mm，V=30 m/min，f=0.1 mm/r［3］.

3　結束語

本文分析了骨架零件的工藝特點和加工難點，通過修磨刀具及采用粗鉆、插銑、擴孔的方法解決深腔小孔加工問題，通過設計專用工裝提高了工藝系統剛性，通過優化加工工步和切削參數，有效控制了切削變形，經過試制批次加工，最終零件全部合格，滿足了裝配需求，證明了工藝方案安排合理，加工順序安排得當，針對工藝難點深腔小孔加工、銑工裝夾困難以及切削變形大等采取的工藝措施可行、有效。

［1］楊叔子.機械加工工藝師手冊［M］.北京:機械工業出版社，2010.

［2］樂兌謙.金屬切削刀具［M］.北京:機械工業出版社，2011.

［3］原北京第一通用機床廠.機械工人切削手冊［M］.北京:機械工業出版社，2009.

The Craft Technique Scheme Studies Of Some Framework Spare Parts

WANG Guo-feng，WANG Dong-sheng
（AVIC China Airborne Missile Academy，Luoyang Henan 471000，China）

Analyzed the craft characteristics of a kind of complicated structure framework spare parts and process a crux，and drew up according to the spare parts characteristic reasonable of process a craft project，process to deep chamber eyelet of craft crux，count control Xian to pack to clip difficulty and process work to tread，the knife have and sliced to pare parameter choice etc.to adopt a homologous craft to solve measure，Be manufactured a verification on a trial basis by product，themeasure is effective.

complicated structure；process plan；measure；pack to clip

TH162

A

1672-545X（2016）05-0119-04

2016-02-22

王國峰（1984-），男，河南洛陽人，學士，工程師，研究方向：機械加工工藝技術；王東升（1978-），男，河南洛陽人，碩士，工程師，研究方向：機械加工工藝技術。