精密盤狀多孔零件加工工藝分析

寧嬌　焦丕顯　包洪臣

摘 要：數控機床的應用大大提高了零件加工的效率和精度，但是對于精密零件的加工來說，科學合理的加工工藝是非常重要的。盤狀零件的加工較普通零件加工工藝要復雜一些，而精密盤狀多孔零件的加工在精度要求上更高，從機床的選擇，到工藝流程，加工方法都具有很高的要求，要達到加工精度的要求，就必須建立起科學完善的工藝流程和加工路徑，而這也是零件加工的重點和難點所在。該文以一種精密盤狀多孔零件的加工為例，從機床、加工方法、工藝流程、夾具和刀具的設計與使用幾個方面分析精密盤狀多孔零件的加工工藝，為同類零件的加工提供參考。

關鍵詞：機床 精密 盤狀多孔零件 加工工藝

中圖分類號：TH162 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0099-02

隨著數控機床的使用，我國加工制造業發展迅速，零件加工數量、精度、效率等要求越來越高，各個領域對精密零件的需求量也越來越大。對零件加工的角度來說，盤狀薄壁類零件的加工相較于其他普通零件的加工難度要大，特別是精密盤狀多孔零件的加工，在精度要求上更高，工藝相對要復雜得多。要保證零件的加工精度，即必須選擇合適的機床并確定科學可行的加工路徑和工藝，才能加工制造出滿足要求的精密零件。

1 加工要求

某一種精密盤狀多孔零件，基料材質為35鋼，如圖1所示，該盤狀多孔零件外廓尺寸較大，分布多個孔，且每個孔的孔徑在精度上的要求都很高，允許誤差±0.05 mm，孔圓度允許誤差0.008 mm，零件外圓有一圈的凹槽，數量為20個。該零件對于加工精度的要求很高，在加工難度上要比其他普通類型的零件要大得多，要保證加工精度符合要求，就必須預先建立起一套科學可行的加工工藝方案。

鑒于該零件在精度上面很高的要求，使用普通的機床和加工工藝很難滿足，且該零件為薄壁盤狀零件，加工過程中極易發生變形，使得整體精度要求更高，加工難度更大，因此除了要選擇高性能的機床和建立科學的加工工藝方案外，工裝夾具的選擇和夾緊力都要進行特殊的設置。經過多次的試驗和修改，最終得出一套完整的加工方案，試驗樣件符合加工要求，確定了加工方案的可行性。

2 機床的選擇和加工方法的確定

經過比對分析，最終選擇了具有高精度坐標定位裝置、具有良好剛性的坐標鏜床來執行加工任務，該機床在平面銑削和孔徑加工方面性能優越。在對零件孔的加工方面選取分度法進行加工，將精度高的分度盤式數顯轉臺安裝于機床工作臺上，在轉臺上進行零件加工，這樣加工零件的不同位置只需轉動轉臺即可。在對零件孔進行加工時，轉臺保持固定不動。轉臺的安裝很重要，零件回轉中心要與轉臺回轉中心保持高度的重合，在加工過程中，盡可能的將分度誤差控制在最小。

3 加工工藝路線

從工藝路線上來說，精密盤狀多孔零件的加工與其他類型的零件加工差別不大，基本路線為：粗加工→自然時效處理→半精加工→自然時效處理→精加工→加工完成。粗加工是對零件胚料進行切割、銑削，對零件的內外圓表面、兩端面進行粗銑、鉆孔并對孔進行粗鏜，對零件外圓凹槽進行粗鏜。半精加工對零件內外圓的表面進行半精車，使其符合尺寸要求，兩端面進行半精銑，使其符合尺寸要求，對孔及外圓凹槽進行半精鏜。精加工是利用專門的夾具、刀具對零件各個孔以及外圓凹槽進行精鏜。對內外圓進行粗車，再對兩端面進行粗銑，將余量去除，為接下來的孔和凹槽精加工打下基礎。隨后的精加工過程實質上就是利用專門的夾具和刀具對孔和外凹槽進行精密化的加工。

4 精鏜孔夾具的設計與使用

精加工工序是在盤狀多孔零件內外圓以及零件兩端面都已經加工完成的基礎上對零件上的各個孔以及外圓的凹槽進行更為精密的鏜銑加工。因為零件本身屬于薄壁零件，在加工中極易發生變形，因此，要預防鏜孔的過程中零件出現變形，保證加工精度，就必須設計一種特殊的夾具來專門對零件進行裝夾固定。于是，該文研究采取液固兩相轉變裝夾法來對零件進行固定，固定夾具選取添加松香的石蠟基介質，因為此種介質為石蠟溶液和松香的混合物，具有很強的粘結力，固定效果良好，在防止加工過程中零件變形非常有用。

如圖2所示，在機床工作臺上裝置夾具體，定位基準取零件的內圓，先在夾具體底面的空腔中注入石蠟溶液將零件在夾具體中注入，再在內圓處將石蠟溶液注入，將零件按照定位基準在夾具體中置入，使其處于正確的位置后，等待石蠟溶液冷卻。當石蠟冷卻凝固，就會對夾具體中的零件起到固定的作用，保持零件始終處于固定不變的位置，即使受到剛性加緊力的作用，零件在夾具體中也不會因為局部受力的不均勻而發生變形，這對于保證零件加工精度是非常重要的。需要注意的是，一定要保證夾具體底面的平整度，使零件加工表面與加工刀具呈完全垂直的狀態；為了保證石蠟溶液充分發揮固定作用，石蠟要容易充滿夾具體腔內，可在夾具體底面預留多個小孔，在注入石蠟溶液時用于排出空氣，使石蠟容易充滿而不留空隙。加工過程中溫度升高會引起石蠟融化變軟，從而影響固定效果，因此當石蠟變軟一定要停止加工，待石蠟溶液冷卻凝固后再接著加工。加工完成，只需將夾具和零件處于熱水中，溫度升高石蠟融化，零件即可與介質相分離。

5 刀具的選擇及切削參數的設定

針對該文加工零件的特點，除了采用特殊的夾具，刀具的選擇也十分重要。在半精加工和精加工的工序中，可選擇硬質材料刀具，該文使用的銑刀和鏜刀材質為PCBD和PCD，在使用過程中性能良好，具有良好的抗彎強度和耐磨性，零件表面的加工精度較高，符合要求。

精密零件的加工，切削用量的設定非常關鍵，直接影響加工精度。在對切削用量進行設定的時候，要充分考慮到零件表面質量要求、刀具磨損度，還要兼顧加工成本。鏜孔是該文零件加工的重點工序，參數的設定非常重要，在對孔進行粗鏜的過程中，要采用較大的背吃刀量，采取低速切削的方式。在對孔進行半精鏜和精鏜的過程中，要采用較小的背吃刀量，同時注意控制進給量，采取高速切削的方式，以提高零件表面的加工質量。

綜上所述，對于精密盤狀多孔零件的加工，孔隙的加工既是加工的重點，也是加工的難點，對零件整體的加工精度有直接的影響。要保證此類零件的加工質量和精度，要選擇合適的機床、制定科學的工藝方案，采用特殊的夾具進行裝夾，選擇合適的刀具進行切削，并在切削用量上恰當的控制。采取此加工工藝加工出來的樣件，符合零件要求，為后面的批量生產加工打下了基礎，也為類似零件的加工提供了參考和借鑒。

參考文獻

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