套筒形零件臺階孔在數控車床上的精加工

■湛江市技師學院 （廣東 524037） 劉志萬 黃景穗

套筒形零件臺階孔在數控車床上的精加工

■湛江市技師學院 （廣東 524037） 劉志萬 黃景穗

摘要：臺階孔是在日常生產中經常遇到的一種加工表面，本文通過對臺階孔加工工藝的改進，自行設計了一個工藝套進行裝夾，并合理選用刀具，既保證了零件的位置和尺寸精度，又提高了生產效率。

數控機床具有高精度、高效率等加工特點。但如果沒有合理地分析和安排加工工藝作為前提，這些優點就很難體現出來。造成在生產過程中輔助時間比實際加工時間高出幾倍，嚴重影響生產效率。以主軸套兩端臺階孔在數控車床上加工為例。設計一個工藝套進行裝夾，并合理地選擇刀具等方法。使其在加工過程中不需要進行過多的校正調整，有效地減少輔助時間，提高生產效率，保證套筒形零件臺階孔的位置和尺寸精度要求。

1. 具體問題描述

該加工工序中的難點是如何保證精車時主軸套兩端內臺階孔中心線與外圓基準中心線的跳動精度。要保證主軸套的跳動精度，裝夾方法起著決定性作用。起初加工時用百分表進行校正，加工好一端后，再加工另一端。加工后還存在以下缺點：在校正時不易使工件軸線與機床主軸軸線平行或端面垂直，給工件校正帶來困難，增加校正時間，每加工一件都需要進行兩次以上的校正調整，生產效率非常低，而且勞動強度非常大。

為此根據主軸套筒零件的結構特點，設計了如圖2所示的工裝，用于調頭精車兩端內臺階孔。工藝套材料為黃銅，無須進行熱處理工藝，其中，工藝套內孔φmm直徑尺寸精度與主軸套外圓φmm直徑尺寸精度配車。工藝套內孔兩端倒角，主要是為了主軸套的拆裝。

圖1

（2）工藝套的制作工藝：①粗車φ60mm內孔，并留余量0.04 ～0.06mm。②粗精車φ75mm外圓。③鉆、攻緊定螺孔。④選好銅制緊定螺釘規格。⑤夾φ75mm外圓，精車φ60mm內孔（與主軸套配車）。

圖2

2. 零件分組與工藝套配合公差計算

（1）主軸套的分組情況。對已磨削好的主軸套外圓φ60-0.01-0.02mm的尺寸位置逐一進行測量，按φ60-0.01-0.02mm外圓尺寸精度的要求，將這批主軸套零件分成兩組，一組實際外圓尺寸為中間偏差尺寸至最小偏差尺寸，另一組實際外圓尺寸為中間偏差尺寸至最大偏差尺寸。如不分組配車削工藝套，主軸套與工藝套的配合間隙在0.005～0.03mm（見表1）范圍內，這樣并不能保證精車主軸套兩端內臺階孔時，其中心線與外圓基準中心線的跳動精度在0.02mm公差范圍內，也不能保證主軸套與工藝套的配合在0.005～0.01mm范圍內。由此可見，加工這批主軸套零件須配車兩個工藝套。

（2）工藝套的配合公差計算。為了保證主軸套與工藝套的配合間隙在0.005～0.01mm，配車工藝套零件內孔φ60mm，尺寸公差不能用圖2所示的公差，具體數值如表2所示。

表1　（單位：mm）

表2　（單位：mm）

3. 配車工藝套

將已粗車和鉆、攻緊定螺孔的工藝套按第1組主軸套的外圓尺寸配車工藝套內孔φ60-0.005-0.01mm。用卡盤裝夾工藝套車削時，夾緊力不能集中于工藝套的某一部分，應使其分布在較大的面積上，以使工件單位面積上所受的壓力較小，從而減少工藝套的變形。所以工藝套的外圓用卡盤夾緊時，采用軟卡爪，用來增加卡爪的寬度和長度（見圖3）。同時軟卡爪應采取自鏜的工藝措施，以減少安裝誤差，提高加工精度。除此之外還得用如圖3所示的開縫套筒裝夾薄壁（工藝套）零件，不會發生夾緊變形應力，影響內孔加工精度。由于開縫套筒與工件接觸面大，夾緊力均勻分布在工件外圓上，不易產生變形。還須考慮到開縫套與工藝套之間會不會因徑向力或軸向力的作用，產生相互的滑動。因此，開縫套筒采用40Gr鋼制成，并進行淬火處理，使其硬度達到46～52HRC，這樣開縫套筒會有良好的彈性作用，也不會與工藝套產生相互的滑動。

圖3　用軟卡爪和開縫套筒裝夾加工工藝套

4. 精車主軸套內臺階孔

用配車好的工藝套裝夾主軸套（見圖4）。第一件主軸套裝夾時，先用螺栓輕輕松動卡盤，只旋轉螺栓半圈，再放主軸套進去后預緊，用百分表檢驗主軸套與工藝套之間的同軸度要求，控制在0.02mm以內后，再夾緊卡盤。最后用3個銅制緊定螺釘緊定主軸套，用力不能太大。雖然不能起自動定心作用，因配合間隙在0.005～0.01mm范圍內，而配合長度達90mm。當3個螺釘夾緊力不一致時，主軸套外表面會和工藝套內表面相接觸，從而保證內孔對外圓基準面A的跳動精度在0.02mm內，從而滿足加工要求。第二件、第三件……主軸套裝夾無須再松開卡盤，只須松開銅制螺釘。先車削一端孔，再調頭裝夾，車削另一端孔。然后按上述方法，根據第2組、第3組主軸套的外圓尺寸段依次重新配車工藝套內孔（尺寸段劃分為幾組，就需配車幾個工藝套內孔）。注

意：工藝套配車內孔后勿松動卡盤，直至將配車尺寸段的磨具體車削完畢后再卸下工藝套。

圖4　工藝套與主軸套裝配圖

5. 合理選擇刀具

在數控車削加工中，為了減小零件的加工成本，常采用高速工具鋼車刀。高速鋼車刀比較容易刃磨，也容易磨鋒利，用高速鋼車刀低速精車內孔本來是一種較好的辦法，但對于批量加工零件，尺寸精度與表面粗糙度值兩項都合格的不超過40%。精車工藝孔時，要始終保持切削刃的鋒利，才不容易產生讓刀，不出現錐度，要做到這一點，就要保證在一二刀內完成精車。因此選如圖5所示的硬質合金可轉位車刀。主軸套的材料是鑄鐵，在加工時刀粒的材料應選擇YG6X類硬質合金，并注意選擇合適的刀具角度。在精加工兩端臺階孔時，選擇主偏角為91°～93°，副偏角為6°；取刃傾角λs為正值，切削刃鋒利；前角γ0和后角α0均取6°，提高鋒利程度的YG6X類硬質合金刀粒低速車削。使用刃口鋒利的可轉位硬質合金車刀刀片，最好采用小的刀尖圓弧。采用91°主偏角，因為接近90°主偏角的車孔刀具切削時產生的徑向力最小，同時刀片刃口產生的軸向力最大，所以小切削振動最小（見圖 5c）。

（1）使用YG類硬質合金刀還有如下特點：①使用后排屑內偏精車刀，因精車余量較小，不會影響工件表面粗糙度，即不會使切屑拉毛已加工表面。②主偏角較大，降低了徑向切削力，減小了機床振動。③刀桿直徑較粗，保證刀具有足夠的剛性，避免了因車刀剛性差、強度低，在車內孔過程中發生振動而產生波紋，影響表面質量。

（2）使用硬質合金精車內孔主軸套時，要注意以下幾個問題：①在精車內孔前，留余量0.08～0.12mm，表面粗糙度值Ra=3.2μm，否則精車時，由于余量不多，內孔車不光滑。②刀具只適用于精車，不適用于粗車。③刀具不可以撞擊到臺階端面，因為硬質合金雖然硬度高、耐磨性好，但韌性差、不耐沖擊且易碎裂，所以使用時要特別小心。

加工實踐證明，采用配車工藝套夾具加工主軸套零件車削內臺階孔的工藝方法確實可行。而且合理地選擇刀具使零件加工精度穩定，操作簡便；工裝成本低，結構簡單，安全可靠。工藝套的3個銅制緊定螺釘將工件夾緊夾牢，保證工件在加工過程中不會受到切削力，而影響到零件的加工精度。雖然不能起自動定心作用，因配合間隙在0.005～0.01mm，而配合長度達90mm。當3個螺釘夾緊力不一致時，主軸套外表面會和工藝套內表面相接觸，從而保證內孔對外圓基準面A的跳動精度在0.02mm以內，從而滿足加工要求。采用工藝套加工前，每加工一件主軸套所需時間大約10min，經工藝改進后大約只需3min，生產效率提高了3倍多。

采用配車工藝套裝夾主軸套零件車削內臺階孔的工藝方法還具有以下優點：①對于單件或批量生產均適用。②提高生產效率，降低勞動強度。③零件加工精度穩定，操作簡便。④工裝成本低，結構簡單，安全可靠。

圖5　可轉位車刀圖

6. 結語

數控加工中，工藝規程編制是至關重要的，安排合理的加工工藝流程是完成加工的重要前提。合理確定數控加工工藝對實現優質、高效和經濟的數控加工具有相當重要的作用。要結合工作環境的設備條件考慮多方面因素，合理安排加工工藝。

收稿日期：（20150301）