精密盘状多孔零件加工工艺分析

宁娇　焦丕显　包洪臣

摘 要：数控机床的应用大大提高了零件加工的效率和精度，但是对于精密零件的加工来说，科学合理的加工工艺是非常重要的。盘状零件的加工较普通零件加工工艺要复杂一些，而精密盘状多孔零件的加工在精度要求上更高，从机床的选择，到工艺流程，加工方法都具有很高的要求，要达到加工精度的要求，就必须建立起科学完善的工艺流程和加工路径，而这也是零件加工的重点和难点所在。该文以一种精密盘状多孔零件的加工为例，从机床、加工方法、工艺流程、夹具和刀具的设计与使用几个方面分析精密盘状多孔零件的加工工艺，为同类零件的加工提供参考。

关键词：机床 精密 盘状多孔零件 加工工艺

中图分类号：TH162 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（b）-0099-02

随着数控机床的使用，我国加工制造业发展迅速，零件加工数量、精度、效率等要求越来越高，各个领域对精密零件的需求量也越来越大。对零件加工的角度来说，盘状薄壁类零件的加工相较于其他普通零件的加工难度要大，特别是精密盘状多孔零件的加工，在精度要求上更高，工艺相对要复杂得多。要保证零件的加工精度，即必须选择合适的机床并确定科学可行的加工路径和工艺，才能加工制造出满足要求的精密零件。

1 加工要求

某一种精密盘状多孔零件，基料材质为35钢，如图1所示，该盘状多孔零件外廓尺寸较大，分布多个孔，且每个孔的孔径在精度上的要求都很高，允许误差±0.05 mm，孔圆度允许误差0.008 mm，零件外圆有一圈的凹槽，数量为20个。该零件对于加工精度的要求很高，在加工难度上要比其他普通类型的零件要大得多，要保证加工精度符合要求，就必须预先建立起一套科学可行的加工工艺方案。

鉴于该零件在精度上面很高的要求，使用普通的机床和加工工艺很难满足，且该零件为薄壁盘状零件，加工过程中极易发生变形，使得整体精度要求更高，加工难度更大，因此除了要选择高性能的机床和建立科学的加工工艺方案外，工装夹具的选择和夹紧力都要进行特殊的设置。经过多次的试验和修改，最终得出一套完整的加工方案，试验样件符合加工要求，确定了加工方案的可行性。

2 机床的选择和加工方法的确定

经过比对分析，最终选择了具有高精度坐标定位装置、具有良好剛性的坐标镗床来执行加工任务，该机床在平面铣削和孔径加工方面性能优越。在对零件孔的加工方面选取分度法进行加工，将精度高的分度盘式数显转台安装于机床工作台上，在转台上进行零件加工，这样加工零件的不同位置只需转动转台即可。在对零件孔进行加工时，转台保持固定不动。转台的安装很重要，零件回转中心要与转台回转中心保持高度的重合，在加工过程中，尽可能的将分度误差控制在最小。

3 加工工艺路线

从工艺路线上来说，精密盘状多孔零件的加工与其他类型的零件加工差别不大，基本路线为：粗加工→自然时效处理→半精加工→自然时效处理→精加工→加工完成。粗加工是对零件胚料进行切割、铣削，对零件的内外圆表面、两端面进行粗铣、钻孔并对孔进行粗镗，对零件外圆凹槽进行粗镗。半精加工对零件内外圆的表面进行半精车，使其符合尺寸要求，两端面进行半精铣，使其符合尺寸要求，对孔及外圆凹槽进行半精镗。精加工是利用专门的夹具、刀具对零件各个孔以及外圆凹槽进行精镗。对内外圆进行粗车，再对两端面进行粗铣，将余量去除，为接下来的孔和凹槽精加工打下基础。随后的精加工过程实质上就是利用专门的夹具和刀具对孔和外凹槽进行精密化的加工。

4 精镗孔夹具的设计与使用

精加工工序是在盘状多孔零件内外圆以及零件两端面都已经加工完成的基础上对零件上的各个孔以及外圆的凹槽进行更为精密的镗铣加工。因为零件本身属于薄壁零件，在加工中极易发生变形，因此，要预防镗孔的过程中零件出现变形，保证加工精度，就必须设计一种特殊的夹具来专门对零件进行装夹固定。于是，该文研究采取液固两相转变装夹法来对零件进行固定，固定夹具选取添加松香的石蜡基介质，因为此种介质为石蜡溶液和松香的混合物，具有很强的粘结力，固定效果良好，在防止加工过程中零件变形非常有用。

如图2所示，在机床工作台上装置夹具体，定位基准取零件的内圆，先在夹具体底面的空腔中注入石蜡溶液将零件在夹具体中注入，再在内圆处将石蜡溶液注入，将零件按照定位基准在夹具体中置入，使其处于正确的位置后，等待石蜡溶液冷却。当石蜡冷却凝固，就会对夹具体中的零件起到固定的作用，保持零件始终处于固定不变的位置，即使受到刚性加紧力的作用，零件在夹具体中也不会因为局部受力的不均匀而发生变形，这对于保证零件加工精度是非常重要的。需要注意的是，一定要保证夹具体底面的平整度，使零件加工表面与加工刀具呈完全垂直的状态；为了保证石蜡溶液充分发挥固定作用，石蜡要容易充满夹具体腔内，可在夹具体底面预留多个小孔，在注入石蜡溶液时用于排出空气，使石蜡容易充满而不留空隙。加工过程中温度升高会引起石蜡融化变软，从而影响固定效果，因此当石蜡变软一定要停止加工，待石蜡溶液冷却凝固后再接着加工。加工完成，只需将夹具和零件处于热水中，温度升高石蜡融化，零件即可与介质相分离。

5 刀具的选择及切削参数的设定

针对该文加工零件的特点，除了采用特殊的夹具，刀具的选择也十分重要。在半精加工和精加工的工序中，可选择硬质材料刀具，该文使用的铣刀和镗刀材质为PCBD和PCD，在使用过程中性能良好，具有良好的抗弯强度和耐磨性，零件表面的加工精度较高，符合要求。

精密零件的加工，切削用量的设定非常关键，直接影响加工精度。在对切削用量进行设定的时候，要充分考虑到零件表面质量要求、刀具磨损度，还要兼顾加工成本。镗孔是该文零件加工的重点工序，参数的设定非常重要，在对孔进行粗镗的过程中，要采用较大的背吃刀量，采取低速切削的方式。在对孔进行半精镗和精镗的过程中，要采用较小的背吃刀量，同时注意控制进给量，采取高速切削的方式，以提高零件表面的加工质量。

综上所述，对于精密盘状多孔零件的加工，孔隙的加工既是加工的重点，也是加工的难点，对零件整体的加工精度有直接的影响。要保证此类零件的加工质量和精度，要选择合适的机床、制定科学的工艺方案，采用特殊的夹具进行装夹，选择合适的刀具进行切削，并在切削用量上恰当的控制。采取此加工工艺加工出来的样件，符合零件要求，为后面的批量生产加工打下了基础，也为类似零件的加工提供了参考和借鉴。

参考文献

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[2] 陈旭东.机床夹具设计[M].北京：清华大学出版社，2013.

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