盤套類零件加工工藝的最優(yōu)設(shè)計分析*

李麗萍

（廈門工學院 機械與制造工程學院，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，同時兼顧軸向定位和密封作用［1］。為了強化支承，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尺寸加工精度等問題，本文主要從加工基準的選用、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，重點考慮回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的因素，兼顧高強度、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。

從長度45和長度20兩處右端面間的位置公差來看，兩處加工時應(yīng)采用統(tǒng)一定位基準，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、擴孔的加工方法。

2.3 定位基準的選擇

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)，兼顧定位基準和設(shè)計基準重合的原則，定位基準可作出如下的選擇：

首先，以左端外圓Φ70為粗加工的定位基準，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，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，同時保證右端面與基準面A、基準面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，精車Φ70外表面、左端面及臺階面，粗鏜、半精鏜Φ60H11和4×Φ62。最終工序定位基準選取Φ30H7的內(nèi)表面，環(huán)繞孔經(jīng)鉆、擴兩個工步完成；后磨削Φ70k6外表面、端面及臺階面，同時完成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

法蘭盤上環(huán)繞孔在加工時，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)計以環(huán)繞孔的同軸度作為基點，設(shè)計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是：定心精度好，可實現(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動實現(xiàn)工件的夾緊，定位銷3的上表面設(shè)計成球面形式，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，在靠近邊緣的部位容易產(chǎn)生振紋，嚴重影響表面粗糙度。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，主要起支承和導向作用。套類零件在切削加工時易產(chǎn)生變形，導致零件的尺寸誤差和形位誤差較難達到要求［4］。主要有兩點原因：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、精鏜可以達到要求。

4.3 定位基準及裝夾方法的選擇

制定連接套的加工規(guī)程時，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，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、進給量、背吃刀量三個要素進行綜合選擇。精加工時，背吃刀量控制在0.08mm～0.15mm之間，進給量控制在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)生會導致工件膨脹變形，尺寸精度難于達到要求，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：定位基準和裝夾方法的選擇不當造成零件主要加工面的尺寸精度和形位公差無法達到圖樣的要求，專用夾具設(shè)計不當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、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)接套機械加工工藝過程