套筒形零件台阶孔在数控车床上的精加工

2015-02-20湛江市技师学院广东524037刘志万黄景穗

金属加工(冷加工) 2015年14期

■湛江市技师学院（广东 524037）刘志万黄景穗

套筒形零件台阶孔在数控车床上的精加工

■湛江市技师学院（广东 524037）刘志万黄景穗

摘要：台阶孔是在日常生产中经常遇到的一种加工表面，本文通过对台阶孔加工工艺的改进，自行设计了一个工艺套进行装夹，并合理选用刀具，既保证了零件的位置和尺寸精度，又提高了生产效率。

数控机床具有高精度、高效率等加工特点。但如果没有合理地分析和安排加工工艺作为前提，这些优点就很难体现出来。造成在生产过程中辅助时间比实际加工时间高出几倍，严重影响生产效率。以主轴套两端台阶孔在数控车床上加工为例。设计一个工艺套进行装夹，并合理地选择刀具等方法。使其在加工过程中不需要进行过多的校正调整，有效地减少辅助时间，提高生产效率，保证套筒形零件台阶孔的位置和尺寸精度要求。

1. 具体问题描述

该加工工序中的难点是如何保证精车时主轴套两端内台阶孔中心线与外圆基准中心线的跳动精度。要保证主轴套的跳动精度，装夹方法起着决定性作用。起初加工时用百分表进行校正，加工好一端后，再加工另一端。加工后还存在以下缺点：在校正时不易使工件轴线与机床主轴轴线平行或端面垂直，给工件校正带来困难，增加校正时间，每加工一件都需要进行两次以上的校正调整，生产效率非常低，而且劳动强度非常大。

为此根据主轴套筒零件的结构特点，设计了如图2所示的工装，用于调头精车两端内台阶孔。工艺套材料为黄铜，无须进行热处理工艺，其中，工艺套内孔φmm直径尺寸精度与主轴套外圆φmm直径尺寸精度配车。工艺套内孔两端倒角，主要是为了主轴套的拆装。

图1

（2）工艺套的制作工艺：①粗车φ60mm内孔，并留余量0.04 ～0.06mm。②粗精车φ75mm外圆。③钻、攻紧定螺孔。④选好铜制紧定螺钉规格。⑤夹φ75mm外圆，精车φ60mm内孔（与主轴套配车）。

图2

2. 零件分组与工艺套配合公差计算

（1）主轴套的分组情况。对已磨削好的主轴套外圆φ60-0.01-0.02mm的尺寸位置逐一进行测量，按φ60-0.01-0.02mm外圆尺寸精度的要求，将这批主轴套零件分成两组，一组实际外圆尺寸为中间偏差尺寸至最小偏差尺寸，另一组实际外圆尺寸为中间偏差尺寸至最大偏差尺寸。如不分组配车削工艺套，主轴套与工艺套的配合间隙在0.005～0.03mm（见表1）范围内，这样并不能保证精车主轴套两端内台阶孔时，其中心线与外圆基准中心线的跳动精度在0.02mm公差范围内，也不能保证主轴套与工艺套的配合在0.005～0.01mm范围内。由此可见，加工这批主轴套零件须配车两个工艺套。

（2）工艺套的配合公差计算。为了保证主轴套与工艺套的配合间隙在0.005～0.01mm，配车工艺套零件内孔φ60mm，尺寸公差不能用图2所示的公差，具体数值如表2所示。

表1　（单位：mm）

表2　（单位：mm）

3. 配车工艺套

将已粗车和钻、攻紧定螺孔的工艺套按第1组主轴套的外圆尺寸配车工艺套内孔φ60-0.005-0.01mm。用卡盘装夹工艺套车削时，夹紧力不能集中于工艺套的某一部分，应使其分布在较大的面积上，以使工件单位面积上所受的压力较小，从而减少工艺套的变形。所以工艺套的外圆用卡盘夹紧时，采用软卡爪，用来增加卡爪的宽度和长度（见图3）。同时软卡爪应采取自镗的工艺措施，以减少安装误差，提高加工精度。除此之外还得用如图3所示的开缝套筒装夹薄壁（工艺套）零件，不会发生夹紧变形应力，影响内孔加工精度。由于开缝套筒与工件接触面大，夹紧力均匀分布在工件外圆上，不易产生变形。还须考虑到开缝套与工艺套之间会不会因径向力或轴向力的作用，产生相互的滑动。因此，开缝套筒采用40Gr钢制成，并进行淬火处理，使其硬度达到46～52HRC，这样开缝套筒会有良好的弹性作用，也不会与工艺套产生相互的滑动。

图3　用软卡爪和开缝套筒装夹加工工艺套

4. 精车主轴套内台阶孔

用配车好的工艺套装夹主轴套（见图4）。第一件主轴套装夹时，先用螺栓轻轻松动卡盘，只旋转螺栓半圈，再放主轴套进去后预紧，用百分表检验主轴套与工艺套之间的同轴度要求，控制在0.02mm以内后，再夹紧卡盘。最后用3个铜制紧定螺钉紧定主轴套，用力不能太大。虽然不能起自动定心作用，因配合间隙在0.005～0.01mm范围内，而配合长度达90mm。当3个螺钉夹紧力不一致时，主轴套外表面会和工艺套内表面相接触，从而保证内孔对外圆基准面A的跳动精度在0.02mm内，从而满足加工要求。第二件、第三件……主轴套装夹无须再松开卡盘，只须松开铜制螺钉。先车削一端孔，再调头装夹，车削另一端孔。然后按上述方法，根据第2组、第3组主轴套的外圆尺寸段依次重新配车工艺套内孔（尺寸段划分为几组，就需配车几个工艺套内孔）。注

意：工艺套配车内孔后勿松动卡盘，直至将配车尺寸段的磨具体车削完毕后再卸下工艺套。

图4　工艺套与主轴套装配图

5. 合理选择刀具

在数控车削加工中，为了减小零件的加工成本，常采用高速工具钢车刀。高速钢车刀比较容易刃磨，也容易磨锋利，用高速钢车刀低速精车内孔本来是一种较好的办法，但对于批量加工零件，尺寸精度与表面粗糙度值两项都合格的不超过40%。精车工艺孔时，要始终保持切削刃的锋利，才不容易产生让刀，不出现锥度，要做到这一点，就要保证在一二刀内完成精车。因此选如图5所示的硬质合金可转位车刀。主轴套的材料是铸铁，在加工时刀粒的材料应选择YG6X类硬质合金，并注意选择合适的刀具角度。在精加工两端台阶孔时，选择主偏角为91°～93°，副偏角为6°；取刃倾角λs为正值，切削刃锋利；前角γ0和后角α0均取6°，提高锋利程度的YG6X类硬质合金刀粒低速车削。使用刃口锋利的可转位硬质合金车刀刀片，最好采用小的刀尖圆弧。采用91°主偏角，因为接近90°主偏角的车孔刀具切削时产生的径向力最小，同时刀片刃口产生的轴向力最大，所以小切削振动最小（见图 5c）。

（1）使用YG类硬质合金刀还有如下特点：①使用后排屑内偏精车刀，因精车余量较小，不会影响工件表面粗糙度，即不会使切屑拉毛已加工表面。②主偏角较大，降低了径向切削力，减小了机床振动。③刀杆直径较粗，保证刀具有足够的刚性，避免了因车刀刚性差、强度低，在车内孔过程中发生振动而产生波纹，影响表面质量。

（2）使用硬质合金精车内孔主轴套时，要注意以下几个问题：①在精车内孔前，留余量0.08～0.12mm，表面粗糙度值Ra=3.2μm，否则精车时，由于余量不多，内孔车不光滑。②刀具只适用于精车，不适用于粗车。③刀具不可以撞击到台阶端面，因为硬质合金虽然硬度高、耐磨性好，但韧性差、不耐冲击且易碎裂，所以使用时要特别小心。

加工实践证明，采用配车工艺套夹具加工主轴套零件车削内台阶孔的工艺方法确实可行。而且合理地选择刀具使零件加工精度稳定，操作简便；工装成本低，结构简单，安全可靠。工艺套的3个铜制紧定螺钉将工件夹紧夹牢，保证工件在加工过程中不会受到切削力，而影响到零件的加工精度。虽然不能起自动定心作用，因配合间隙在0.005～0.01mm，而配合长度达90mm。当3个螺钉夹紧力不一致时，主轴套外表面会和工艺套内表面相接触，从而保证内孔对外圆基准面A的跳动精度在0.02mm以内，从而满足加工要求。采用工艺套加工前，每加工一件主轴套所需时间大约10min，经工艺改进后大约只需3min，生产效率提高了3倍多。

采用配车工艺套装夹主轴套零件车削内台阶孔的工艺方法还具有以下优点：①对于单件或批量生产均适用。②提高生产效率，降低劳动强度。③零件加工精度稳定，操作简便。④工装成本低，结构简单，安全可靠。