盤套類零件加工工藝的最優(yōu)設(shè)計(jì)分析*

李麗萍

（廈門工學(xué)院 機(jī)械與制造工程學(xué)院，福建 廈門 361021）

1 盤類零件結(jié)構(gòu)分析

盤類零件主要是由端面、外圓、內(nèi)孔、臺階面、槽、四周排列孔等組成，屬于同軸回轉(zhuǎn)體，其主要特征是軸向尺寸比徑向尺寸小。在各類機(jī)構(gòu)連接中，盤類零件主要有傳遞動力、改變方向的功能，同時(shí)兼顧軸向定位和密封作用［1］。為了強(qiáng)化支承，拓展連接功能，在該類零件周邊增加凸臺、凹坑、環(huán)繞孔等結(jié)構(gòu)［2］。盤類零件在加工中主要存在兩端平行度、內(nèi)外圓柱同軸度及重點(diǎn)尺寸加工精度等問題，本文主要從加工基準(zhǔn)的選用、切削參數(shù)的優(yōu)化、刀具角度的優(yōu)選、專用夾具的設(shè)計(jì)等途徑出發(fā)來解決上述問題。

2 盤類零件加工工藝過程分析

2.1 毛坯選擇

以某法蘭盤為例，其零件圖如圖1所示。從圖1可知，該零件結(jié)構(gòu)簡單，精度要求較高，可選用材料HT200，其具有良好的鑄造性能和減震性能。故毛坯類型確定為鑄件，且3－Φ11和3－Φ18的內(nèi)孔不鑄出，安排在切削加工中完成。制定法蘭盤加工方案時(shí)，重點(diǎn)考慮回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的因素，兼顧高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性的基礎(chǔ)要求。

2.2 加工方法選擇

從圖1的標(biāo)注來看，外圓Φ70k6采用粗車、精車完成；內(nèi)孔Φ30H7采用粗鏜、精鏜可以滿足要求；另外從兩者間的同軸度要求來看，Φ70k6外圓和Φ30H7內(nèi)孔的加工應(yīng)采用統(tǒng)一定位基準(zhǔn)。

從長度45和長度20兩處右端面間的位置公差來看，兩處加工時(shí)應(yīng)采用統(tǒng)一定位基準(zhǔn)，用粗車、精車、磨削的方法。環(huán)繞孔的加工基于其同軸度要求，采用專用夾具完成定位裝夾，采用鉆孔、擴(kuò)孔的加工方法。

2.3 定位基準(zhǔn)的選擇

從主要加工面Φ70k6外表面、Φ30H7內(nèi)表面、右端面、右階梯面、環(huán)繞孔出發(fā)，兼顧定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合的原則，定位基準(zhǔn)可作出如下的選擇：

首先，以左端外圓Φ70為粗加工的定位基準(zhǔn)，粗車Φ76k6外表面和長度為20的臺階面、Φ120外表面和長度為45的端面。掉頭，以粗加工后的Φ120外表面作為定位基準(zhǔn)加工左端Φ70的外表面及長度為45的左端面、長度為18的臺階面。用銅皮包住粗車后的Φ70外表面作為精基準(zhǔn)，精加工Φ70k6的外表面、長度20的臺階面及Φ120外表面、長度45的端面，同時(shí)保證右端面與基準(zhǔn)面A、基準(zhǔn)面B之間的位置精度（平行度和垂直度）；Φ30H7內(nèi)表面采用粗鏜、精鏜加工，并保證其與外表面的位置精度（同軸度）。再掉頭，用銅皮包住精加工后的Φ120外表面作為定位基準(zhǔn)，精車Φ70外表面、左端面及臺階面，粗鏜、半精鏜Φ60H11和4×Φ62。最終工序定位基準(zhǔn)選取Φ30H7的內(nèi)表面，環(huán)繞孔經(jīng)鉆、擴(kuò)兩個工步完成；后磨削Φ70k6外表面、端面及臺階面，同時(shí)完成2×0.5的外槽及倒角C2的加工。

從這套加工方案來看，由于Φ70k6外表面和Φ30H7內(nèi)表面經(jīng)一次精加工完成，故兩者間的位置精度得以保證。因右端面和基準(zhǔn)面A、B有較高的位置精度要求，故在定位元件選用中，采用心軸定位磨削相應(yīng)端面和臺階面，以保證位置精度要求。

2.4 裝夾方法及夾具設(shè)計(jì)

法蘭盤上環(huán)繞孔在加工時(shí)，主要考慮其與內(nèi)孔的同軸度要求，但由于法蘭盤的其他表面加工需經(jīng)多次裝夾完成，其幾何精度難以保證。此時(shí)選擇內(nèi)孔定位，采用專用夾具來解決上述問題。

專用夾具的設(shè)計(jì)以環(huán)繞孔的同軸度作為基點(diǎn)，設(shè)計(jì)原則是先定心后夾緊，定位與夾緊一起完成［3］，采用自動夾緊方法來實(shí)現(xiàn)。專用夾具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 法蘭盤

圖2 專用夾具結(jié)構(gòu)

專用夾具的主要特點(diǎn)是：定心精度好，可實(shí)現(xiàn)法蘭盤環(huán)繞孔的同軸度要求；夾緊方便可靠，可以避免因夾緊引發(fā)的工件變形問題。液壓缸驅(qū)動撥叉提供夾緊動力，簡單方便帶動卡爪運(yùn)動實(shí)現(xiàn)工件的夾緊，定位銷3的上表面設(shè)計(jì)成球面形式，可防止工件表面在定位夾緊過程中出現(xiàn)表面劃傷等缺陷。

2.5 長度20的右端面表面粗糙度問題

在加工長度20的右端面時(shí)，在靠近邊緣的部位容易產(chǎn)生振紋，嚴(yán)重影響表面粗糙度。直徑變化大是產(chǎn)生振紋的主要原因，采用恒線速功能（指令代碼G96），則可有效避免端面振紋問題，提高表面質(zhì)量。

2.6 加工工藝過程的制訂

通過以上分析，可得出法蘭盤的加工工藝過程，如表1所示。

3 套類零件結(jié)構(gòu)分析

以某聯(lián)接套為例，其零件圖如圖3所示。該聯(lián)接套零件主要由同軸度要求較高的內(nèi)、外圓柱面組成，主要起支承和導(dǎo)向作用。套類零件在切削加工時(shí)易產(chǎn)生變形，導(dǎo)致零件的尺寸誤差和形位誤差較難達(dá)到要求［4］。主要有兩點(diǎn)原因：一是壁厚較小，產(chǎn)生受力變形；二是加工過程中的散熱較差，易產(chǎn)生熱變形。以上問題，主要從工件裝夾、切削參數(shù)及刀具角度等幾個方面考慮入手加以解決。

4 套類零件加工工藝過程分析

4.1 毛坯選擇

從圖3可知，聯(lián)接套尺寸較小、結(jié)構(gòu)較簡單，且無需焊接，所以毛坯選擇45鋼棒料。

表1 法蘭盤的加工工藝過程

圖3 聯(lián)接套

4.2 加工方法選擇

從結(jié)構(gòu)分析可知，零件主要加工表面是內(nèi)、外圓柱面和內(nèi)、外臺階面。外圓柱面和外臺階面的加工方法采用粗車、精車；內(nèi)圓柱面和內(nèi)臺階面的加工方法采用粗鏜、精鏜可以達(dá)到要求。

4.3 定位基準(zhǔn)及裝夾方法的選擇

制定連接套的加工規(guī)程時(shí)，主要保證內(nèi)、外圓的同軸度要求和內(nèi)、外臺階端面對軸線的跳動要求，同時(shí)采取有效措施防止薄壁變形。

采用可脹心軸作為定位元件時(shí)，要特別注意聯(lián)接套薄壁處的工藝變形情況，控制好工件裝夾時(shí)徑向壓力的大小。采用橡膠墊可以減輕工件在切削過程中由于工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的振動等不利現(xiàn)象，從而提高薄壁套類零件的加工工藝性能。

4.4 合理選用刀具角度

本例的套類零件加工，毛坯選用45鋼棒料。切削刀具前角γ0對切削力的大小和刀具的鋒利程度有重要的影響，在一定范圍內(nèi)前角選大一些，可以降低套類零件切削變形的程度，減小刀具和工件間的摩擦力，故切削力變小，加工質(zhì)量變好。車刀后角α0主要影響刀具后刀面和工件過渡面間的摩擦力大小，后角選大些，可使摩擦力減小［5］。車刀主偏角Kr的大小將直接影響背向分力的大小，主偏角越大，背向力越小，可改善車削加工工藝系統(tǒng)的振動情況；工件散熱情況的改善，可通過減小副偏角Kr′、降低刀具與工件間摩擦阻力來實(shí)現(xiàn)。

4.5 切削用量的優(yōu)化

從零件主要加工表面的技術(shù)要求出發(fā)，對切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量三個要素進(jìn)行綜合選擇。精加工時(shí)，背吃刀量控制在0.08mm～0.15mm之間，進(jìn)給量控制在0.12mm／r以內(nèi)，切削速度控制在80m／min～120m／min之間。

大量切削熱的產(chǎn)生會導(dǎo)致工件膨脹變形，尺寸精度難于達(dá)到要求，選用濃度大一些的切削液，采用澆注的方法［6］來降低切削溫度，改善工件表面粗糙度，同時(shí)可減輕刀具和工件之間的摩擦力，提高刀具耐用度。

4.6 聯(lián)接套的機(jī)械加工工藝過程

綜上所述，可列出聯(lián)接套零件的加工工藝過程，見表2。

5 結(jié)論

盤套類零件是機(jī)械加工中很常見、很重要的零件，此類零件通常采用數(shù)控車削的加工方法來實(shí)現(xiàn)。在完成此類零件的加工過程中，常見的主要問題是：定位基準(zhǔn)和裝夾方法的選擇不當(dāng)造成零件主要加工面的尺寸精度和形位公差無法達(dá)到圖樣的要求，專用夾具設(shè)計(jì)不當(dāng)造成定位誤差超差等問題。通過減少裝夾次數(shù)、選擇最佳定位基準(zhǔn)、合理安排加工階段和熱處理方式等方法可解決上述問題。

表2 聯(lián)接套機(jī)械加工工藝過程