基于车铣复合数控加工工艺研究

陈锡财

文章编号：2095-6835（2017）04-0112-02

摘 要：加工效率和精度是金属加工领域追求的永恒目标。随着数控机床技术的进步，复合加工技术日趋成熟。以连接环为例，探讨了车铣复合的数控加工工艺，阐述了加工过程中的注意事项，旨在提高复合加工的加工效率和精度。

关键词：复合加工；加工精度；数控加工；车铣

中图分类号：TG659 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.112

复合加工作为一种先进的制造技术，是目前国际上机械加工领域最流行的加工工艺之一。所谓“复合加工”，就是在一台机床上实现几种不同的加工工艺。这样做，能够缩短工艺链，减少零件装夹次数，提高零件的生产效率。在复合加工中，应用最广泛、难度最大的就是车铣复合加工。总的来看，车铣复合零件的加工并不只是简单的车铣结合，而是需要考虑加工的先后次序和装夹方案，以保证加工精度。

1 图样分析

为了便于理解，本文首先介绍连接环零件的加工内容。零件材料为AISI1045，查阅机械设计手册可知，AISI1045为美国材料牌号，对应国内牌号为45#钢，属于优质碳素结构钢，加工性能好，加工变形小。连接环主要加工内容如表1所示。

由表1中的数据可以知道，连接环的主要加工难点为Φ135h7 mm外圆直径和Φ70H7 mm内孔。此外，端面上的孔和外圆内孔需要使用不同的机床类型加工，需要车铣复合加工。

2 制订工艺路线

根据零件工艺特性和车铣复合数控车床的工艺特点，考虑零件装夹要求，选用直径为140 mm、长度为26 mm的棒料作为毛坯。此零件分3次装夹，选用棒料做毛坯，第一次使用数控车床完成外圆、内孔的加工，第二次使用数控车床完成零件总厚加工，第三次使用加工中心完成沉孔、螺纹孔、U形槽的加工。在此过程中，备料45#钢棒料，Φ140 mm×26 mm；钻孔钻Φ40孔；车外圆内孔三爪卡盘装夹从车端面、外圆、内孔入手；车总厚三爪卡盘的装夹，从车端面入手，以保证总厚；对于打孔铣槽，则包括三爪卡盘、打沉孔、螺纹孔、铣U形槽。

3 夹具选用

针对加工零件和加工数控设备的实际情况，零件分3次装夹。加工左端时，以毛坯外圆为基准，选用三爪卡盘和软爪装夹，零件伸出量为21 mm。加工右端时，采用已经加工完毕的Φ135H7 mm外圆作为定位基准，选用三爪卡盘+软爪装夹。为了保证已经加工完毕的Φ135h7 mm外圆表面不被夹伤，可以在装夹部位垫铜皮。加工端面上的孔时，采用已经加工完毕的Φ70H7 mm内孔作为定位基准，选用三爪卡盘+反爪装夹。为了保证已经加工完毕的Φ70H7 mm内孔表面不被夹伤，可以在装夹部位垫铜皮。

4 刀具和切削用量选择

4.1 外圆刀和切削用量的选择

根据零件特点和加工内容，外圆加工分粗精加工，选用SANDVIK系统刀具，选择DCLNL2020M09刀杆。为了与刀架相匹配，使用菱形刀片，分别选择CNMG090408-PR和CCMT090404-PF刀片，CNMG090408-PR刀尖R角略大，刀具强度高，刀尖锋利程度低，适合粗加工；CCMT090404-PF刀尖R角小，刀具强度低，刀尖锋利程度高，适合精加工。由于本零件的外圆比较大，所以，粗车转速选择为600 r/min，以保证线速度不会过大。根据粗车尽可能快地去除多余材料的原则，结合SANDVIK刀具手册，选择切深2.5 mm，进给0.25 mm/r。为了保证精车表面粗糙度的兼顾率，选择转速600 r/min，切深2.5 mm，进给0.25 mm/r。

4.2 内孔车刀和切削用量的选择

一般而言，车削内孔时，必须先在棒料上打预孔，预孔尺寸尽可能大，一般以小于零件图上最小内孔3～4 mm为最佳。但是，该零件的最小孔径比较大，受选用机床的限制，所能安装的钻头最大为Φ40 mm，只能钻削Φ40 mm的孔，因此，最终预孔孔径为Φ40 mm。根据预孔孔径，选择20M-SCLCR06的刀杆，该刀杆直径比较粗，刚性比较好。

内孔直径相对外圆较小，转速可以适当加大。车削内孔时，由于切削条件比较差，而且内孔刀的刀杆一般比外圆刀的刀杆刚性差，所以，车削内孔的切削深度要比车削外圆小。因此，该零件粗车内孔时，选择转速1 500 r/min，则切深2 mm，进给0.2 mm/r；选择转速1 800 r/min，则切深0.3 mm，进给0.1 mm/r。

4.3 沉头孔加工刀具和切削用量的选择

沉头孔为安装螺栓用的，精度要求不高。因此，采用钻孔完成时，首先采用R840-0500-30-A0A型号的钻头，钻Φ6 mm的通孔。由于钻头直径比较小，查阅SANDVIK刀具手册，采用转速1 500 r/min，切深6 mm，进给320 mm/min。然后选用R216.32-15030-AC10P型号的平底钻，钻Φ15 mm的沉头孔，

可以节约铣削时间，提高加工效率。由于钻头直径比较大，根据切削用量手册，采用转速800 r/min，进给80 mm/min。

4.4 U形槽加工刀具和切削用量的选择

加工U形开口槽时，可以采用与U形槽等直径的刀直接加工，也可以采用比槽宽小的刀加工。采用与U形槽等直径的刀直接加工的优势是效率高，编程方便，缺点是尺寸由刀具决定，不能通过程序调整；采用比槽宽小的刀加工的优势是尺寸可以由程序决定，调整方便，缺点是效率相对比较低。考虑到U形槽的公差为0.1，为了保证U形槽的加工精度，不能采用Φ10 mm的立铣刀直接加工，需要用小于Φ10 mm的铣刀编程铣削外形。同时，考虑到刀具的刚性和加工效率，采用Φ8 mm的立铣刀，型号为R216.32-08030-AC10P，查阅SANDVIK刀具手册，确定转速3 200 r/min，切深2 mm，进给800 mm/min。

4.5 螺纹孔加工刀具和切削用量的选择

M6螺纹的加工，Φ5 mm的钻头钻底孔，然后选择M6×1的丝锥攻丝。攻丝时，需要保證进给量=转速×螺距，所以，选用转速为1 000 r/min，进给为1 000 mm/min。

5 加工总结

该零件在加工工艺设计中的特殊之处，主要表现在以下2个方面：①灵活应用了三爪卡盘。三爪卡盘是一种应用广泛的通用夹具，不但可以用于车床上，也可以用于铣削加工中心上。三爪卡盘可以使用正爪来夹持外圆，也可以使用反爪来夹持内孔，要保证多次装夹的同轴度。②在加工连接环圆周上的U形开口槽时，采用比槽宽小的刀加工，从而更好地保证加工精度。

在铣削加工中心上对圆形零件对刀时，因为外圆已经加工到位，所以，可以使用机械式寻边器。使用机械式寻边器对圆形零件寻边时，在寻X方向时，要保持Y轴坐标不变；在寻Y方向时，要保持X轴坐标不变。

6 结束语

综上所述，如何根据零件工艺特性和车铣复合数控车床的工艺特点制订合理的工艺路线，选用合理的加工夹具、刀具，是实现高效精密加工的关键。针对文中所述问题，结合加工实践，进行了一系列的探究，提出了一些自己的见解，具有一定的参考价值。虽然车铣复合数控车床设备的单台价格比较高，但由于制造工艺链的缩短和产品所需设备的减少，以及工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用的减少，能够有效降低总体固定资产的投资、生产运作和管理成本。

参考文献

[1]纪申申.车铣复合加工技术的发展及教学应用探讨[J].亚太教育，2016（19）：171.

[2]吴宝海，严亚南，罗明，等.车铣复合加工的关键技术与应用前景[J].航空制造技术，2010（19）：42-45.

〔编辑：白洁〕