微細非標螺栓類零件的加工工藝設計

摘 要：隨著科學技術的發展以及“中國制造2025”方針的提出，我國的制造業也從中國制造邁向了中國質造，隨之而來的是對制造業的要求越來越嚴格，零件的尺寸越來越小，加工的精度越來越高。本文以微細非標螺栓類零件為例闡述了微細零件加工時的難點，并對該類零件的加工工藝進行優化設計。

關鍵詞：微細零件；非標螺栓；車工工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.030

近年來，隨著航空航天事業和高端制造業的發展，對各類高精度微細零件的需求與質量要求日益增加，微細零件的制造和加工引起了制造業的廣泛關注，現已成為現代科學研究的熱門問題。微細非標螺栓類零件就是其中一種，由于微細非標螺栓類零件尺寸小、精度高、剛性較差，在車削加工時容易發生振刀，導致尺寸精度難保證以及表面粗糙度無法達到圖紙要求。當然，該類零件裝夾也很困難，因此微細非標螺栓類零件的加工已成為制造企業的加工難題。在我國中、小型工業企業單位數占全部規模工業企業數量的94%以上，其中大多數的中、小型企業基本上都是以中、小型設備居多，像精密儀表機床這類設備少之甚少，然而微細非標螺栓類零件一般又主要是在精密儀表機床上加工的，因此如何讓一般的機床設備也能加工微細非標螺栓類零件成為了企業亟需解決的問題。本文針對微細非標螺栓類零件難于加工的特點，通過對零件裝夾方法、刀具的優化和加工方法等方面進行了研究，從而解決了微細非標螺栓類零件的加工難題，也拓寬了中、小微型企業的業務范圍，同時也提高了生產效率，降低了生產成本，創造了一定的經濟效益。

1 微細非標螺栓類零件的特點與加工難點

加工微細非標螺栓類零件時，因為工件直徑很小，機床主軸最高轉速很難達到加工要求，從而很難加工出較高的表面粗糙度，同時刀具與工件之間的徑向力易造成工件彎曲變形，因此加工難度大大提高。如何減小工件的徑向彎曲變形，對于微細非標螺栓類零件加工是一項不得不攻克的難題。然而，正是由于微細非標螺栓類零件尺寸的特殊性，決定了此類零件無法通過使用活動頂尖這類輔助系統來實現工件的輔助加工，其切削時的受力狀態相當于懸臂梁，因此剛性差，對切削力、切削溫度及振動極其敏感。而車削加工時又極易產生宏觀彎曲變形，產生讓刀現象，很難獲得理想的表面質量和幾何形狀精度，故微細非標螺栓類零件車削加工目前仍是個懸而未決的難題。

2 微細非標螺栓類零件的加工工藝設計

（1）分段加工法。微細非標螺栓類零件加工時，工件的外圓會從毛坯尺寸逐步變小到圖樣尺寸，隨著加工的深入進行，工件的直徑逐步減小導致剛性則變得越來越差，工件的徑向彎曲變形也就隨之增大，從而造成工件的加工難度大大提高，嚴重時甚至會導致工件報廢。如何解決該問題也就成為加工微細非標螺栓類零件的關鍵所在。加工時剛性的好壞與工件的直徑和伸出卡盤的長度有直接關系，直徑越大長度越短，工件剛性隨之也越好，根據該特點，本文提出了分段加工法這一新的加工方法；所謂分段加工法就是：根據工件結構，以工件的各個項目為單位分段逐一加工，按照由遠向近順序依次將工件的各個項目加工到尺寸要求。例如非標螺紋項目在工件的最遠端，車外圓時就只加工螺紋長度部分外圓，其他部分外圓暫時不加工，等非標螺紋車削至尺寸后，再加工其他項目的外圓，后續項目加工也按照此方法，因此使用分段加工法加工時，工件每次的車削長度變短了，而且待加工部位的外圓沒有改變，這樣工件的剛性就得到了大大提高。同時為了避免后續項目加工會對前面已加工項目造成變形等影響，在粗車時，宜選用較小的切削深度，并且在確保車刀具有足夠強度的前提下，適當增加刀具前角和后角的度數，從而降低加工時的切削力，減少工件變形，并且還要防止加工時切削溫度對工件產生熱變形，故還應選用冷卻和潤滑效果好的切削液對工件進行充分的澆注，以降低切削部位溫度，減少摩擦防止變形。

（2）夾具的設計。中、小型車床的卡盤規格一般都是在200mm以上，而微細非標螺栓類零件的直徑遠小于卡盤直徑，所以中、小型機床是無法裝夾微細非標螺栓類零件進行加工，對此本文設計了一種簡單、實用及便于加工的夾具，該夾具是由一個簡單的臺階套將其分割成兩半，夾具的外臺階端面是用來與卡盤的卡爪作軸向定位，工件的軸向定位則是依靠夾具的端面，其中夾具內孔尺寸要比工件外徑略大0.02～0.03mm，這樣既能使工件定位，也能在中、小型車床上面裝夾加工，從而拓展了中、小型機床的加工范圍。銑削加工時也可采用該夾具進行加工，同時還可保護工件，防止夾傷工件。夾具如圖1。

（3）刀具的優化。同一材料，加工要求相同，切削速度也相同時，外徑越小機床主軸轉速就要求越高，例如：車削直徑d=Φ2mm的微細工件外圓，選擇切削速度Vc=80m/min，加工時機床主軸的轉速就要達到n=1000Vc/πd≈12739r/min，然而企業大部分車床的最高轉速也只有1600r/min，遠遠達不到刀具所要求的最佳切削速度，因此加工微細類零件時，由于機床主軸轉速達不到要求，造成工件很難達到較高的表面粗糙度。為了改善這種現象，故在工件精車時將傳統的90°外圓車刀更換成前刀面磨出橫向巻屑槽的切斷刀進行精車外圓，從而大大提高了工件的表面粗糙度。

3 結語

總而言之，微細非標螺栓類零件是各種各樣的，工藝設計也是靈活多變的，每一種工藝設計的經驗總結，都是通過無數次探索與試驗中積累而成，只有在不斷探索與試驗的過程當中，才能不斷地提煉并總結經驗，從而使該類型零件的工藝設計得到更加的完善。

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作者簡介：肖海斌（1988-），男，湖南株洲人，本科，助理實驗師，研究方向：車削加工技術。