具有同轴度要求的断续深长孔金属零件加工工艺方法研究

毕俊召，邹红亮

（吉林电子信息职业技术学院，吉林 吉林 132000）

断续深长孔金属零件在各个领域中的应用十分广泛，例如应用于蒸汽汽轮机设备中作为转子用于平衡设备运行；应用于军事领域当中用于发射炮弹深长口径的弹腔等。由于断续深长孔金属零件自身结构特点的限制以及加工工艺周围环境的影响，在加工过程中仍然存在某些方面的问题有待解决，例如排屑困难，产生的碎屑容易出现堵塞现象导致扭矩增加，造成加工时使用的刀具出现断裂；刀具冷却困难，冷却液很难进入加工空间，刀具出现严重发热情况，进一步缩短刀具的使用寿命；加工的断续深长孔由于刀具自身重量原因，常常出现刀刃不对称问题，造成零件轴线偏斜等[1]。除此之外，在工业生产领域中，轴类、壳体类等精密零件两端内孔之间，若存在同轴度要求时，则工艺难度进一步增加，很难在一次装夹中完成对零件的加工，无法满足同轴度的精度要求。针对这一问题，传统的加工方法会采用分两次装夹的加工方式，但仍然会存在装夹的定位误差，导致精度无法达到预期要求的问题产生。因此，针对上述问题，本文将开展具有同轴度要求的断续深长孔金属零件加工工艺方法研究。

1 具有同轴度要求的断续深长孔金属零件加工工艺方法

1.1 确定零件定位基准及装夹方式

根据一般断续深长孔金属零件常用领域的各项需求，本文采用30CrMoNiV作为零件加工材料，并在加工前进行热处理。将零件的尺寸控制在Φ60+0.02，将其光洁度控制在Ral.5～8，由于具有同轴度要求，因此将其同轴度控制在0.025mm以内，孔口圆角设置为R7，将所有尺寸均清晰地标注在设计图纸上，对于断续深长孔金属零件，上述多个尺寸参数应当按照高精度尺寸设置要求设计。通常情况下，断续深长孔金属零件的尺寸总长度均超过3500mm，最大外圆达到R8，根据零件整体外形以及材料等条件要求，本文选择CK8600X9800具有门式框架和卧式长床身的铣床作为数控加工机床。将已经加工完毕的各级外圆以及左端端面作为工艺基准，确定左端面以外的圆心作为数控加工编程原点[2]。在同轴度要求下，确定装夹方式，保证各级外圆大小均一致，并采用两件等高的“V”型架将零件各级均架在“V”型架上，并在“V”型架的底部以及零件上部，分别利用压板、螺杆以及“T”型块固定，使其在加工过程中始终保持稳定的状态。再对千分表校零件的上母线和侧母线进行控制，使断续深长孔金属零件的上母线与侧母线的偏差保持在0.0085mm以内。除此之外，在对断续深长孔金属零件进行加工时，选择的刀具及加工附件包括：6mm规格中心钻，钻打预制孔；选用Φ20钻头，钻小孔；选用Φ40和Φ50扩孔钻进行扩孔，并选用外直径为Φ55，内锥为4#莫氏的长750钻杆两根；选用Φ52.5精铰刀，选用内径为Φ55的尼龙棒材料车削，以及外径分别为Φ45.5和Φ55的护套若干。利用上述工具可有效防止由于附件或刀具的重量多大或绞孔、镗孔的过程中加工产生的振动，导致最终断续深长孔的轴线出现偏差。

1.2 断续深长孔金属零件固定心轴定位

在确定零件定位基准及装夹方式后，对断续深长孔金属零件的固定心轴进行定位，首先对需要进行加工的零件左端内孔。外圆以端面进行控制，同时将外圆以及端面控制在一次装夹操作中完成加工，确保同轴度与垂直度的高精度要求。其次，再在卡盘当中对零件的固定心轴进行加工，在这一过程中需要注意，不能将零件的固定心轴卸下进行二次装夹找正，防止同轴度出现偏差。以零件的左端内孔以及大端面的A点作为定位点，将零件背帽压紧，对内孔进行加工[3]。由于零件与心轴采用Φ8F5/k7配合，因此可能会存在最大配合间隙为0.017mm。图1为断续深长孔金属零件固定心轴定位示意图。

图1 断续深长孔金属零件固定心轴定位示意图

由于在断续深长孔金属零件当中，无法直接利用划线的方法确定，因此钻孔相对难度较大。对此，通过定位心轴钻孔的方法达到对零件固定心轴的定位。将固定心轴轻轻推入阀体工艺孔当中，并利用心轴端面的十字线与阀体端面的十字线，使其相互重合。再利用加长的Φ10.5mm钻头，以心轴为Φ10.5mm的孔为导向孔进行钻削处理。在完成钻削操作后，按照阀体Φ15.5mm工艺孔配车堵头装配好并焊接牢固，并在操作过程中保证无渗漏现象，从而完成定位。

1.3 同轴度定位误差补偿

在完成度断续深长孔金属零件固定心轴定位后，为保证满足同轴度精度要求，还需要确定同轴度定位误差并加以补偿。由本文上述可知，在对零件的大外圆、外锥和小外圆加工时，采用以零件两端的中心孔作为同一加工基准，因此相互之间的同轴度误差会很小，可忽略不计。同时胎具的内锥在内圆磨上利用夹盘夹住胎具的外圆磨出，因此胎具的内锥中心与内圆磨的回转中心同轴。零件外锥与胎具内锥配合后，在零件内圆磨上磨出内孔，因此内孔与内圆磨的回转中心也为同轴。同轴度定位误差一般情况下会受到胎具内锥与零件外锥的配合精度影响。因此，本文主要针对零件内锥与外锥的配合精度对同轴度定位误差进行补偿。在零件固定心轴位置上，增加外圆为Φ35h4的辅助定位面，并形成内孔为Φ7K5、外圆为Φ35h4以及端“A”位置同时进行定位，从而起到对可能存在误差的两个位置进行补偿。一般情况下，零件固定心轴上定位孔Φ35h4、定位端面“A”以及定位轴Φ7K5均是固定在零件卡盘上，并进行一次加工工艺即可。通过同轴度、垂直度误差的近似值，反映加工数控机床的误差情况，可实现更加精准的误差复映。同时，断续深长孔金属零件上的三个定位面也能够在进行第一次装夹的过程中完成加工，并保证具备高精度要求。因此，断续深长孔金属零件与固定心轴装夹的过程中不会由于同轴度存在误差而产生相互影响，不会发生过定位现象。当断续深长孔金属零件与心轴装夹定位后，形成内孔为Φ8F5/k7与外圆为Φ35h6/4两种配合间隙，通常情况下二者数值不同。利用间隙较小的定位面，实现对零件径内定位作用，从而补偿了利用单个径向定位面时由于间隙过大而不能进行选择的限制。除此之外，还需要对零件轴向偏斜产生的误差进行补偿，断续深长孔金属零件与心轴装夹操作后产生的轴向偏斜误差，主要是由于定位面积过小导致。因此，在进行零件内孔Φ8F5/k7定位时，可适当增加外圆Φ35h6/4作为辅助定位面时，提供更大的定位面积，从而控制轴向偏斜产生的误差，满足同轴度的精度要求。

2 实验论证分析

针对传统断续深长孔金属零件加工工艺方法在具有同轴度要求的条件下无法实现对其高精度加工问题，选用某工厂常用断续深长孔金属零件加工图纸，其中包括五种不同同轴度数值的零件。分别利用本文加工工艺方法与传统加工工艺方法，结合该图纸对零件进行设计和加工。分别利用两种方法各加工100个零件，对每个零件的同轴度进行测量，按照工厂实际需求，零件的同轴度公差要求值为0.05mm。将两种方法获得的200个零件同轴度分别进行测量，并将测量结果记录如表1所示，方便对照。

表1 实验结果对比表

根据表1中的实验结果可以看出，本文工艺方法同轴度平均差测量值明显低于传统工艺方法同轴度平均差测量值，并且本文工艺方法针对五种不同同轴度的零件加工时的精度满足工厂要求的0.05mm同轴度公差值。因此，通过实验证明，本文提出的具有同轴度要求的断续深长孔金属零件加工工艺方法可以有效保证同轴度的精度要求，利用本文方法对零件进行加工产出的工件合格率更高。在实验过程中，本文加工工艺方法针对存在的同轴度误差提出了相应的补偿方法，因此减小了最终成品的同轴度误差，保证生产加工后得到的零件与设计图完全吻合，满足零件的应用需要。

3 结语

本文针对具有同轴度要求的断续深长孔金属零件提出了新的加工工艺，并结合定位误差补偿方法，通过实验对多种类似零件的批量生产，达到良好的工艺效果。利用这一工艺方法对该类型零件进行加工可保证其合格率在97%以上，更好地解决了在实际生产加工中的技术难题，从而为产品生产提供更好的技术经济效益。同时，利用这种工艺方法具有工艺简便、易于操作、可靠性强、加工精度高等优势，因此可广泛应用于对类似零件的精密加工当中，利用普通精密车床即可完成对高精密度要求的零件加工。