精密盘状多孔零件加工工艺研究

教传艳，吴敬

(沈阳工学院机械与运载学院，辽宁沈阳 110005)

某公司加工一种精密盘状多孔零件，如图1所示，材质35钢。该零件加工精度高，加工难度大。经过多次试验，总结出一套科学有效的加工工艺方案，经首件检验，完全达到技术要求，为批量生产提供依据。

图1 零件简图

1 零件尺寸精度分析及工艺难点

该零件外廓尺寸φ550 mm较大，零件上孔较多，且尺寸精度要求高，零件上孔直径尺寸误差为±0.05 mm，孔中心距零件中心尺寸误差分别0.014和0.012 mm，孔圆度误差是0.008 mm，孔间极角误差是4″。零件外圆加工出20个凹槽。

零件孔尺寸精度高和形位精度高，用一般机床和加工手段难以完成。另外零件厚度较簿，整体精度高，加工中易产生变形，因此对工装夹具和夹紧力有一定特殊要求。

2 加工工艺研究

2.1 加工机床和加工方法

根据零件结构特征和加工精度要求，作者选择了具有高精度坐标定位装置、整体刚性好的坐标镗床作为主要加工机床，完成平面铣削和高精度孔径孔系镗加工。孔加工方法采用分度法，选用分度盘式数显转台，其分度精度可达2″。转台安装在机床工作台上，零件安装在转台上，由转台旋转来实现零件加工位置变化。加工孔过程中，机床工作台不运动，零件孔系精度完全由回转台精度来保证。安装过程中，要保证零件回转中心与回转转台回转中心具有高的重合度。加工中要保证转台分度盘的分度误差减小到最低程度。

2.2 零件加工工艺路线确定

依据零件加工工艺原则，零件加工工艺路线大致如下:

(1)粗加工。粗车零件内圆，外圆表面;粗铣零件两端面;钻孔，粗镗孔和粗镗外凹槽。

(2)自然时效处理。

(3)半精加工。半精车内圆，外圆表面达到尺寸要求;半精铣两端面达到尺寸要求;半精镗各孔，外凹槽。

(4)自然时效处理。

(5)精加工。利用特种夹具，精镗各孔及凹槽。

粗车内圆和外圆，粗铣两端面去除大部分加工余量，为后续加工作基准。粗镗孔之前，先用钻头钻孔，减少镗孔加工余量。粗加工和半精加工之后，进行自然时效处理，释放加工应力。在半精加工中，完成零件内圆和外圆及两端面加工。精加工中仅利用特殊夹具加工各孔和外凹槽。

2.3 精镗孔夹具设计

在精加工工序中，零件内圆、外圆及两端面均加工完成，仅对各孔及外凹槽进行精镗加工。为防止镗孔中零件在装夹中出现变形，影响加工精度，选择液固两相转变装夹方法进行零件固定，采用石蜡基介质作为固定夹具。为增大介质粘结力，在石蜡溶液中添加一定比例的松香。装夹结构方法如图2所示，夹具体放置在机床工作台上，零件放置在夹具体里，以零件内圆为定位基准，先将石蜡溶液注入夹具体底面空腔里，然后在内圆注入石蜡溶液，溶液冷却前零件应在夹具体内处于正确位置。石蜡冷却后，将零件固定在夹具体里，使零件的位置保持不变，零件在夹具体里不受刚性夹紧力作用，不存在局部受力变形，有效保证了加工精度。夹具体底面要磨平，保证零件加工表面与刀具垂直，夹具体底面设置若干个小孔，用于排气，使石蜡溶液充满整个夹具体。加工之前必须保证夹具体在机床工作台上处于准确位置。加工中由于石蜡介质因温度升高而变软，故需要适当进行停止休息，待介质冷却后再进行加工。加工完成后，将夹具体和零件放入热水中，即可分离介质和零件。

图2 零件在夹具体里用石蜡进行夹固示意图

2.4 刀具材料及切削用量的确定

针对零件高精度特点，在半精加工和精加工中主要选用PCBD和PCD材料制作铣刀和镗刀。这种超硬质材料刀具广泛应用在高精度零件加工中，具有高耐磨性、良好的抗弯强度等特点，加工后零件表面精度高，残余应力存量低。

切削用量的确定主要考虑加工表面质量、刀具磨损以及加工成本。在这个加工工序中，镗孔工序的切削参数选择是重点:粗镗孔采用较大背吃刀量，以去除零件表面硬皮层，避免刀尖过早磨损，并配较低的切削速度;半精镗孔和精镗孔，采用较小的背吃刀量和进给量，配较大的切削速度，以提高表面质量，避免产生积屑瘤和毛刺。镗孔切削用量见表1。

表1 镗孔切削用量参数

3 结束语

该零件孔系的加工精度保证是重点。通过机床的选择、加工工艺方案的正确选择、装夹方式和切削用量的选择等多方面的研究和实验，最终完成首件加工。采用三坐标测量机检测，各主要尺寸均合格，孔径偏差在公差范围内，圆度误差小于0.008 mm，孔之间角度偏差在±4″内。首件加工的完成，为批量生产提供条件，为类似高精度多孔盘类零件的加工提供借鉴。

［1］郑修文.机械制造工艺学［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［2］陈旭东.机床夹具设计［M］.北京:清华大学出版社，2010.