滑閥孔“銳邊”加工與檢測技術

摘 要：本文自主研制應用于數控車床上的高精密車具，采用EVA熱熔膠粘接固定零件與工裝，并從設備、刀具、程序、工藝方法、測量等方面進行控制，實現了深小孔處銳邊R≤0.02mm的技術突破，并采用比較法實施在線質量評估檢測方法，具有較高的推廣應用價值。

關鍵詞：銳邊；深小孔；高精密車具；EVA膠結；輪廓度儀

中圖分類號：TH 137" " " 文獻標志碼：A

基于XXX-12300細長滑閥孔兩端微小銳邊的加工與檢測難題，本技術采用數控車床加工銳邊結構的方案，在不影響由珩磨工種加工的高精度細長閥孔尺寸及形位公差的前提下，自主研制應用于數控車床上的高精密車具，采用EVA熱熔膠將零件與工裝固定粘接，有效提高了細長閥孔二次定位裝夾的定位精度和裝夾剛度，并從設備選擇、刀具優化、數控程序優化、操作者精準對刀等方面進行控制，將細長閥孔兩端閥口工作銳邊提高到R≤0.02mm的高精度尺寸。實現了小端面、細長孔二次定位裝夾加工深小孔處銳邊R≤0.02mm的技術突破，并采用零件剖切在輪廓度儀上直接檢測的方案，實現微小銳邊與垂直度的精準測量，配合實行比較法實施在線質量評判，即經濟又有效。

1 方案設計思路

XXX-12300滑閥副（如圖1所示）配合孔?5.4mm×L56mm的直徑差（0.03±0.002）mm、圓柱度要求不大于0.005mm，滑閥副運行時尺寸約為C值，其中“C值”兩端的工作棱邊處不僅有“（保持銳邊）R≤0.02mm”質量特性的要求，還有0.03mm的垂直度要求，這5項特性指標對XXX-123000滑閥的運動氣隙性能產生重要影響。滑閥副的殼體外觀結構為非對稱結構，針對細長閥孔兩端微小銳邊的加工要求，?5.4mm×L56mm閥孔的直徑較小、長徑比大于10∶1且定位端面較小，銳邊（銳邊6要素如圖2所示）距端面較遠處約（56-C值）÷2+C值≈43mm（殼體零件中心對稱），導致定位精度、裝夾剛性和刀具剛度極差。

技術要求：XXX-123002殼體上?5.4H8孔與XXX-123005滑閥外圓?d之間的配合間隙（直徑差）為（0.005-0.008）mm。

本技術研究的對象為?5.4mm×L56mm細長孔，如果采用數控車一次裝夾加工細長孔的兩端“銳邊”，既要保證閥孔的圓柱度，又要將相距較遠的兩處“銳邊”加工到所要求的尺寸精度，其加工難度極高。想突破該技術難關，必須摒棄傳統的“一次裝夾加工銳邊”方案，開發“二次裝夾加工銳邊”的新技術。因此，本技術以提高?5.4mm×L56mm細長閥孔的高精度加工作為基礎條件，以高精度閥孔為定位孔的“高精密車具”實現裝夾，保證加工前“銳邊”處孔截面圓的跳動誤差不大于0.01mm（以垂直度⊥0.03mm的1/3作標準），并采取實測刀尖、優化數控車編程、精準測量與對刀等措施，實現“二次裝夾加工銳邊”的新技術突破。

2 夾具設計思路

因為滑閥副配合孔加工時剛性差，零件為異性零件容易晃動，所以刀具切削時易產生振顫，導致零件報廢。針對車削振顫情況，除了要求機床的精度必須滿足零件的各項精度要求以外，還要求零件與機床之間連接足夠穩定，才可滿足零件的加工精度要求。因此需要設計車具，解決零件在加工孔時因車削力過大而造成零件晃動的難題尤為重要。

本項目研制的高精密車具[1]結構如圖3所示。

從總體結構上來說，本精密車具只由車具主體和法盤2個部分組成，相對簡單。但其自身制造精度以及與工件閥孔的配合精度要求非常高，如圖4所示。

本技術通過控制線切割加工閥孔底孔和珩磨精加工閥孔的尺寸精度（誤差不大于0.005mm），運用精密滑閥偶合件配間隙加工技術，自主設計制造了車具細長定位芯軸，優化夾持柄外圓與數控車床精密彈夾的配合尺寸，并使用雙頂尖裝夾磨削保證車具的夾持柄外圓與定位桿之間的高精度質量要求——跳動量小于0.003mm；零件安裝完成后（裝夾在車具上），在啟動程序前需要打表找正零件?5.4mm閥孔長端端口處的跳動量小于0.007mm，然后使用EVA熱熔膠粘接固定零件與工裝，再次打表確認滿足跳動量小于0.01mm（即垂直度⊥0.03mm的1/3）后，即可加工。

3 工藝方案的改進

根據研究思路，在現行XXX-123000殼體組件的工藝方法基礎上，對工藝方案進行優化，說明如下。1）原有20工序車工。將閥孔銳邊的兩處距離尺寸（2±0.02）mm改為（2.07±0.03）mm，為后序精車銳邊預留2次微進刀的余量。2）原有45工序線切割。增加線切割孔軸線相對定位平面的平行度不大于0.05mm的要求，并采用數顯測高儀或三坐標檢測來滿足要求。要求線切割采用“二切三修”加工方法，并固化切削參數，確保不同批次零件的孔尺寸的一致性，為后序的珩磨尺寸一致性提供條件。3）原有54工序珩磨。將孔?5.4（+0.04，-0.015）mm改為?5.4（+0.0035，0）mm，可將高精密車具的芯軸作為“塞規”，保證兩者配合間隙不大于0.007mm，其最終尺寸?5.4（+0.04，-0.015）mm將由后序研磨精加工完成。4）新增54B工序車工。根據圖4（b）、圖4（c）圖例，用千分表/0.001mm找正“高精密車具”并注膠固定后滿足滑閥基準孔的徑向跳動量≤0.01mm的要求，精準測量對刀端面相對銳邊處端面的深度值，設定單次走刀控制背吃刀量不大于0.025mm，循環兩刀查看閥口銳邊處的光亮度，確保手電光照下均勻光亮帶。確保零件閥口“銳邊”處的光亮達到檢驗要求后，啟動程序車兩端內孔，同時保證兩端內孔孔口“銳邊”，然后用竹簽或背卷砂紙卷去除銳邊毛刺并用脫脂棉檢查，無掛扯情況即可。再進行首件剖切，用輪廓度儀檢測（如圖5所示），合格后固化刀具和參數。批量生產時，切削加工及用脫脂棉檢查去毛刺情況后，操作者將機床轉速降至約60r/min，借助手電光用20倍放大鏡目測比對銳邊R及切削紋路，以判定是否合格。5）新增54C工序研磨。選擇W5粒度的碳化硼研磨膏，精研滑閥孔提升表面粗糙度Ra0.4即可。6）新增54D工序清洗。分粗、精洗，粗洗選用DHO-M626精密洗凈劑，精洗選用SKH-410快干型安全強力去污劑，超聲波清洗機參數設定為頻率28KHz、電流7A、定時20min。其他后序工序不做變更。

4 刀具、程序的改進

4.1 優化刀具及數控程序方面

選用超硬合金材質、刀尖轉角r0.1的內槽刀具[2]“M662GS W100L15R VBX”（修磨干涉處），刀具實物如圖6所示；實測刀尖圓弧半徑（本次投影值R0.09）編制數控程序，程序指令及走刀路徑如圖7所示[3]，精準測量對刀端面相對銳邊處端面的深度尺寸值，控制端面吃刀深度小于0.025mm，并優化其他切削用量，實現微小轉接半徑的切削加工。需要注意的是，因為存在裝夾跳動量誤差，所以起刀點設定應避讓0.007mm編程。

4.2 精準對刀要求與加工條件方面

對精準對刀方面進行多批次驗證，現場操作者整理的銳邊加工步驟如下。1）用一試件料對內槽刀，使X方向和Z方向尺寸精確。 2）裝夾夾具，找正夾具跳動量不大于0.01。3）精準測量對刀端面相對銳邊處端面的深度值，確定需要加工的長度。4）裝夾零件，把零件裝入心軸，使零件自然下垂。5）打膠固定零件，確保凝固定牢。 6）對刀，對Z方向的偏移值（零偏）。7）運行程序，加工銳邊。8）打手動轉速S=800r/min，用2000#砂紙反面拋光銳邊毛刺。9）剖切檢測銳邊R，合格后方可批產加工。

機床選擇方面，因為銳邊的轉角r≤0.02mm，公差很小，所以需要選用主軸向竄動微小、主軸錐孔的徑向跳動微小的機床，例如哈挺T42數控車床。

操作者需要嫻熟對刀作業、精準測量及實物質量判定，應具有車工技師及以上的資格。

5 內槽閥口“銳邊”的檢測方法

5.1 計量檢測

“銳邊”處在小孔深處，“MarSurf UD 130”輪廓度儀（測量不確定度0.03μm/1.5mm）也難以計量，需要“剖切”中分兩半，采用裝夾計量檢測方案。

5.2 在線檢測

顯然，尤其是當工件在機床上時，現場不具備“銳邊”質量直接檢測評價的能力。當前采取“比較法”。一方面，操作者在銳邊加工完成后，低速（小于60r/min）回轉下，借助手電光照目測確認光亮環帶連續均勻；另一方面，專檢檢驗員用20倍放大鏡查看“銳邊”處并與“合格件”比對，應為連續一致的光亮環帶，不允許有明顯缺陷。

本技術的指標達成情況見表1。根據上述檢測結果可以判定，銳邊r及垂直度2個關鍵指標均滿足設計質量要求。

6 結語

該技術從設備選擇、刀具優化、數控程序設計、操作者精準對刀等多方面進行控制，實現了小端面、細長孔二次定位裝夾加工深小孔處銳邊R≤0.02mm的加工技術突破。采用零件剖切在輪廓度儀上直接檢測的方案，實現微小銳邊與垂直度的精準測量，然后采用比較法進行在線質量評判。從生產實踐中儲備了技術力量，提高了工廠的綜合技術水平和新產品的研發能力。

參考文獻

[1]吳宗澤.機械設計師手冊[M].第2版.北京：中國機械工業出版社，2009.

[2]徐宏海.數控機床刀具及其應用[M].北京：化學工業出版社，2005.

[3]趙玉剛，宋現春.數控技術[M].北京：機械工業出版社，2006.