微细非标螺栓类零件的加工工艺设计

摘 要：随着科学技术的发展以及“中国制造2025”方针的提出，我国的制造业也从中国制造迈向了中国质造，随之而来的是对制造业的要求越来越严格，零件的尺寸越来越小，加工的精度越来越高。本文以微细非标螺栓类零件为例阐述了微细零件加工时的难点，并对该类零件的加工工艺进行优化设计。

关键词：微细零件；非标螺栓；车工工艺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.030

近年来，随着航空航天事业和高端制造业的发展，对各类高精度微细零件的需求与质量要求日益增加，微细零件的制造和加工引起了制造业的广泛关注，现已成为现代科学研究的热门问题。微细非标螺栓类零件就是其中一种，由于微细非标螺栓类零件尺寸小、精度高、刚性较差，在车削加工时容易发生振刀，导致尺寸精度难保证以及表面粗糙度无法达到图纸要求。当然，该类零件装夹也很困难，因此微细非标螺栓类零件的加工已成为制造企业的加工难题。在我国中、小型工业企业单位数占全部规模工业企业数量的94%以上，其中大多数的中、小型企业基本上都是以中、小型设备居多，像精密仪表机床这类设备少之甚少，然而微细非标螺栓类零件一般又主要是在精密仪表机床上加工的，因此如何让一般的机床设备也能加工微细非标螺栓类零件成为了企业亟需解决的问题。本文针对微细非标螺栓类零件难于加工的特点，通过对零件装夹方法、刀具的优化和加工方法等方面进行了研究，从而解决了微细非标螺栓类零件的加工难题，也拓宽了中、小微型企业的业务范围，同时也提高了生产效率，降低了生产成本，创造了一定的经济效益。

1 微细非标螺栓类零件的特点与加工难点

加工微细非标螺栓类零件时，因为工件直径很小，机床主轴最高转速很难达到加工要求，从而很难加工出较高的表面粗糙度，同时刀具与工件之间的径向力易造成工件弯曲变形，因此加工难度大大提高。如何减小工件的径向弯曲变形，对于微细非标螺栓类零件加工是一项不得不攻克的难题。然而，正是由于微细非标螺栓类零件尺寸的特殊性，决定了此類零件无法通过使用活动顶尖这类辅助系统来实现工件的辅助加工，其切削时的受力状态相当于悬臂梁，因此刚性差，对切削力、切削温度及振动极其敏感。而车削加工时又极易产生宏观弯曲变形，产生让刀现象，很难获得理想的表面质量和几何形状精度，故微细非标螺栓类零件车削加工目前仍是个悬而未决的难题。

2 微细非标螺栓类零件的加工工艺设计

（1）分段加工法。微细非标螺栓类零件加工时，工件的外圆会从毛坯尺寸逐步变小到图样尺寸，随着加工的深入进行，工件的直径逐步减小导致刚性则变得越来越差，工件的径向弯曲变形也就随之增大，从而造成工件的加工难度大大提高，严重时甚至会导致工件报废。如何解决该问题也就成为加工微细非标螺栓类零件的关键所在。加工时刚性的好坏与工件的直径和伸出卡盘的长度有直接关系，直径越大长度越短，工件刚性随之也越好，根据该特点，本文提出了分段加工法这一新的加工方法；所谓分段加工法就是：根据工件结构，以工件的各个项目为单位分段逐一加工，按照由远向近顺序依次将工件的各个项目加工到尺寸要求。例如非标螺纹项目在工件的最远端，车外圆时就只加工螺纹长度部分外圆，其他部分外圆暂时不加工，等非标螺纹车削至尺寸后，再加工其他项目的外圆，后续项目加工也按照此方法，因此使用分段加工法加工时，工件每次的车削长度变短了，而且待加工部位的外圆没有改变，这样工件的刚性就得到了大大提高。同时为了避免后续项目加工会对前面已加工项目造成变形等影响，在粗车时，宜选用较小的切削深度，并且在确保车刀具有足够强度的前提下，适当增加刀具前角和后角的度数，从而降低加工时的切削力，减少工件变形，并且还要防止加工时切削温度对工件产生热变形，故还应选用冷却和润滑效果好的切削液对工件进行充分的浇注，以降低切削部位温度，减少摩擦防止变形。

（2）夹具的设计。中、小型车床的卡盘规格一般都是在200mm以上，而微细非标螺栓类零件的直径远小于卡盘直径，所以中、小型机床是无法装夹微细非标螺栓类零件进行加工，对此本文设计了一种简单、实用及便于加工的夹具，该夹具是由一个简单的台阶套将其分割成两半，夹具的外台阶端面是用来与卡盘的卡爪作轴向定位，工件的轴向定位则是依靠夹具的端面，其中夹具内孔尺寸要比工件外径略大0.02～0.03mm，这样既能使工件定位，也能在中、小型车床上面装夹加工，从而拓展了中、小型机床的加工范围。铣削加工时也可采用该夹具进行加工，同时还可保护工件，防止夹伤工件。夹具如图1。

（3）刀具的优化。同一材料，加工要求相同，切削速度也相同时，外径越小机床主轴转速就要求越高，例如：车削直径d=Φ2mm的微细工件外圆，选择切削速度Vc=80m/min，加工时机床主轴的转速就要达到n=1000Vc/πd≈12739r/min，然而企业大部分车床的最高转速也只有1600r/min，远远达不到刀具所要求的最佳切削速度，因此加工微细类零件时，由于机床主轴转速达不到要求，造成工件很难达到较高的表面粗糙度。为了改善这种现象，故在工件精车时将传统的90°外圆车刀更换成前刀面磨出横向巻屑槽的切断刀进行精车外圆，从而大大提高了工件的表面粗糙度。

3 结语

总而言之，微细非标螺栓类零件是各种各样的，工艺设计也是灵活多变的，每一种工艺设计的经验总结，都是通过无数次探索与试验中积累而成，只有在不断探索与试验的过程当中，才能不断地提炼并总结经验，从而使该类型零件的工艺设计得到更加的完善。

参考文献：

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[2]岳亚非.非金属薄壁细小零件机加工艺设计与加工[J].舰船电子工程，2004.

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作者简介：肖海斌（1988-），男，湖南株洲人，本科，助理实验师，研究方向：车削加工技术。