一種具有深環形槽的零件加工工藝設計*

鮑東紅，宋 奇，孔昭雍

(陜西群力電工有限責任公司，陜西 寶雞 721300)

0 引 言

某電磁離合器主要應用航空領域，是通過電磁力將齒輪吸動或釋放，從而使電機轉動力矩傳遞與斷開的部件。在設計時為最大限度減小磁阻，保證磁路暢通，將傳統的鐵芯與外殼設計為一體。這樣的設計給零件加工帶來了較大的困難，特別是深環形槽的加工。按照傳統的工藝，需用鏜孔刀將這個深環形槽加工，但由于環形槽窄且深，普通鏜刀根本無法加工；采用特種工藝進行電穿加工，生產成本高，且效率低下，無法滿足批量生產。深環形槽加工成為該零件加工工藝方案設計的重要攻關環節。

筆者通過對零件工藝性分析，重點對深環形槽加工工藝進行攻關。經過思路擴展，借鑒墻面上打水鉆工藝裝備，設計制造了專用刀具，有效解決了深環形槽的加工問題，對此類具有深環形槽的零件加工有一定的借鑒意義。

1 零件結構工藝性分析

此電磁離合器殼體如圖1所示。其主要功用，一方面作為主要結構件，將電磁離合器的其余零部件安裝在其上；另一方面，作為磁路組成部分，為最大限度降低磁損耗，它將傳統的鐵芯與外殼兩個零件設計為一個整體。

根據殼體的功用和工作條件，其主要技術要求有：①零件上有一處環形槽，其大徑為φ13.6+0.1、小徑為φ6.4-0.05、深度為13.7+0.2。

圖1 殼體

2 深環形槽加工方案

通過前面零件工藝性分析，此零件的加工難點在深環形槽的加工。加工深環形槽的刀具首先要滿足具有一定強度的要求，而要采用鏜削加工方案，所用的鏜刀顯然無法滿足這一基本要求，因此鏜刀無法實現此環形槽加工。為此將環形槽看成一種特殊深孔，借鑒墻面上打水鉆的工藝裝備，設計制造了專用切削刀具，可同時加工環形槽的內外徑。

2.1 專用刀具介紹

根據水鉆結構原理，設計制造了中間帶孔的專用刀具，其形狀尺寸如圖2。

圖2 專用刀具

在加工零件時刀具沿軸向進給，刀具刃徑尺寸D成形環形槽φ13.6+0.1尺寸，刀具中心孔徑尺寸d成形環形槽φ6.4-0.05尺寸，其中心孔可將零件中心軸讓位出來，形成零件中間凸出形狀。

結合此零件尺寸形狀及實際使用情況，我們以五刃立銑刀為基礎進行設計制造。其刃徑尺寸D為φ13.68+0.02，中心孔徑尺寸d為φ6.35+0.02。刀具有五條橫刃和五條圓周螺旋刃，刀具端面橫刃為主切削刃，圓周螺旋切削刃為副切削刃。為保證刀具使用壽命，及加工零件符合圖紙要求，刀具螺旋角β選30°；主切削刃制作為平刃，即主偏角kr為90°，主刃前角γ0取0°～2°， 后角取7°～10°；副刃后角α0′取為5°～7°。

2.2 刀具安裝使用

(1) 將專用刀具安裝在萬能工具銑床上，對零件進行加工。加工時，先將氣動卡盤固定在機床臺面上，通過調整機床X、Y軸，使卡盤中心與機床Z軸中心對正，再將零件固定在卡盤上，機床Z軸2帶動專用刀具旋轉，通過向上移動工作臺實現Z軸的進給，從而完成零件環形槽的加工。

利用專用刀具在萬能工具銑床上進行環形槽加工，達到了預期目的，零件尺寸形狀滿足圖紙及工藝要求，但由于此零件環形槽深且窄，且需要垂直向上排屑，出現了排屑不暢問題，刀具磨損較快。

(2) 將此專用刀具安裝在數控車床上進行加工，在加工過程中，零件隨機床主軸做旋轉運動，刀具隨刀架做軸向進給運動。

安裝調試時，先將零件裝夾在數控車床上，夾持部位為零件搭子部分，機床采用彈簧夾頭夾持確保零件回轉中心與機床中心重合；再將專用刀具用鉆夾頭加持，然后安裝在刀架上；對刀時通過調整機床參數及微調刀具高低，使零件回轉軸線與刀具軸線重合。

由于零件和刀具的中心線與機床中心線重合，在加工過程中鐵屑隨零件旋轉，可水平旋轉出來，加之切削液的沖刷，更有利于鐵屑的及時排出；同時在機床程序設定時，設定刀具每進給2 mm退刀一次，進一步確保鐵屑的完全排出，加強刀具的冷卻，提高刀具壽命。

2.3 切削參數的確定

在機床切削參數設定時，由于采用的是改制的立銑刀具在數控車床上使用，因此可結合參考數控車床及銑床的相關加工參數。

首先通過查閱資料計算相關機床參數：

(1) 進給量f查閱資料，采用高速鋼刀具鏜削純鐵,銑刀每齒進給量fz=0.03～0.06 mm/z，fz按0.05 mm/z。將專用刀具裝夾在車床上使用，可將其作為整體考慮，結合數控車床實際使用經驗，取車床進給量f=0.05 mm/r。

(2) 切削速度Vc及機床轉速n，銑削速度Vc公式為：

(1)

式中：T為刀具壽命,取90 min；ap為背吃刀量，為3.6 mm；f為進給速度，為0.05 mm/r；kv為修正系數，取1。

Cv、m、xv、yv為系數和指數，查閱資料可確定各系數及指數值分別為37.6、0.25、0.2、0.3，帶入公式(1)計算得Vc=22.7 m/min。

查閱機床轉速公式為：

(2)

式中：Vc為計算的切削速度，為22.7 m/min；d為加工的外圓直徑，為13.6 mm；將Vc、d值帶入公式(2)，計算得機床轉速n為531 r/min。

通過計算并結合實際工作經驗，最終確定機床轉速為550 r/min，進給量f為0.05，切削速度為23.5 m/min。

3 工藝路線擬定

根據零件圖紙要求及工藝性分析和難點工藝解決方案，按照先基準后其他、先粗后精等原則，最終擬定的工藝路線如表1所列。

表1 工藝路線

4 結 語

該電磁離合器所用殼體，按上述工藝流程及使用專用深環形槽加工刀具安裝于車床上進行加工，經過批量生產驗證，此方法成功解決了深環形槽加工的難題，有效滿足零件批量生產需要，大幅降低了生產成本，提高生產效率。該方法可以推廣到同類型具有深環形槽零件的加工工藝中去。