典型車銑復合零件的數控加工工藝分析

羅平爾，顧 濤

（蘇州工業職業技術學院，江蘇 蘇州215000）

車銑復合零件的加工，不是簡單的車銑結合，需要考慮加工先后次序和裝夾方案，以保證精度。以注塑機中的一個零件——連接環為例，分析車銑復合的數控加工工藝。該零件整體外形為一圓盤狀，上有外圓、內孔、端面、沉頭孔、螺紋孔、U形開口槽等特征，圓盤中間有一組臺階孔，圓盤端面有一圈圓周孔和一組開口U形槽，是典型的車銑復合零件，且內孔的加工精度要求較高，零件端面上的圓周孔和U形槽加工精度一般。

1 圖樣分析

連接環零件圖樣如圖1所示。零件材料為AISI 1045，查閱機械設計手冊，可知AISI 1045為美國材料牌號，對應國內牌號為45#鋼，屬于優質碳素結構鋼，加工性能好，加工變形小。連接環主要加工內容見表1.

圖1 連接環零件圖

表1 加工內容

此連接環的主要加工難點為Φ135h7外圓直徑和Φ70H7內孔，此外端面上的孔和外圓內孔需要使用不同的機床類型加工，需要車銑復合加工。

2 制定工藝路線

根據零件尺寸和機床性能，并考慮零件裝夾要求，選用直徑140 mm長度為26 mm的棒料作為毛坯。此零件分3次裝夾，選用棒料做毛坯，第一次使用數控車床完成外圓，內孔的加工，第二次使用數控車床完成零件總厚加工，第三次使用加工中心完成沉孔、螺紋孔、U形槽的加工。

（1）備料45#鋼棒料，Φ140mm×26 mm.

（2）鉆孔鉆Φ40孔。

（3）車外圓內孔三爪卡盤裝夾，車端面、外圓、內孔。

（4）車總厚三爪卡盤裝夾，車端面，保證總厚。

（5）打孔銑槽：三爪卡盤，打沉孔，螺紋孔，銑U形槽。

3 夾具選用

零件分3次裝夾，加工左端時，以毛坯外圓作為基準，選用三爪卡盤和軟爪裝夾，零件伸出量為21 mm，裝夾簡圖如圖2所示。加工右端時，采用已經加工完畢的Φ135H7 mm外圓作為定位基準，選用三爪卡盤+軟爪裝夾，為保證已經加工完畢的Φ135h7 mm外圓表面不被夾傷，可以在裝夾部位墊銅皮，裝夾簡圖如圖3所示。在加工端面上的孔時，采用已經加工完畢的Φ70H7 mm內孔作為定位基準，選用三爪卡盤+反爪裝夾，為保證已經加工完畢的Φ70H7內孔表面不被夾傷，可以在裝夾部位墊銅皮，裝夾簡圖如圖4所示。

圖2 加工右端裝夾

圖3 加工左端裝夾

圖4 銑削加工裝夾

4 刀具和切削用量選擇

（1）外圓刀及切削用量的選擇[1]

外圓加工分粗精加工，選用SANDVIK系統刀具，根據加工內容，選擇DCLNL2020M09刀桿，為與刀架相匹配，使用菱形刀片，分別選擇CNMG090408-PR和CCMT090404-PF刀片，CNMG090408-PR刀尖R角略大，刀具強度高，刀尖鋒利程度低，適合粗加工，CCMT090404-PF刀尖R角小，刀具強度低，刀尖鋒利程度高，適合精加工。由于本零件的外圓較大，所以粗車轉速選擇轉速600 r/min，以保證線速度不會過大。根據粗車盡可能快地去除多余的材料的原則，結合SANDVIK刀具手冊，選擇切深2.5 mm，進給0.25 mm/r.精車為保證表面粗糙度兼顧效率，選擇轉速600r/min，切深2.5 mm，進給0.25 mm/r.

（2）內孔車刀及切削用量的選擇

一般而言，車削內孔時，必須現在棒料上打預孔，預孔尺寸盡可能大，一般以小于零件圖上最小內孔3~4mm為最佳。但是，本零件的最小孔徑較大，由于選用的機床限制，所能安裝的鉆頭最大為Φ40mm，只能鉆削Φ40 mm的孔，故最終預孔孔徑為Φ40 mm.根據預孔孔徑，選擇20M-SCLCR06的刀桿，該刀桿直徑較粗，剛性較好。

內孔直徑相對外圓較小，轉速可以適當加大。車削內孔時，由于切削條件較差，而且內孔刀刀桿一般比外圓刀刀桿剛性低，所以車削內孔的切削深度要比車削外圓小。所以，本零件粗車內孔時，選擇轉速1 500 r/min，切深 2 mm，進給 0.2 mm/r.選擇轉速1 800 r/min，切深0.3 mm，進給0.1 mm/r.

（3）沉頭孔加工刀具及切削用量的選擇

沉頭孔為安裝螺栓用的，精度要求不高。所以采用鉆孔完成，首先采用R840-0500-30-A0A型號的鉆頭，鉆Φ6mm的通孔。由于鉆頭直徑較小，查閱SANDVIK刀具手冊，采用轉速 1 500 r/min，切深6 mm，進給 320 mm/min.然后選用 R216.32-15030-AC10P型號的平底鉆，鉆Φ15mm的沉頭孔，可以節約銑削的時間，提高加工效率。由于鉆頭直徑較大，根據切削用量手冊，采用轉速800 r/min，進給80mm/min.

（4）U型槽加工刀具及切削用量的選擇[2]

加工U型開口槽時，可以采用與U型槽等直徑的刀直接加工，也可以采用比槽寬小的刀加工。采用與U型槽等直徑的刀直接加工的優點是效率高，編程方便，缺點是尺寸由刀具決定，不能通過程序調整；采用比槽寬小的刀加工的優點是尺寸可以由程序決定，調整方便，缺點是效率相對低?？紤]到U型槽的公差為0.1，為了保證U型槽的加工精度，不能采用Φ10 mm的立銑刀直接加工，需要用小于Φ10mm的銑刀，編程銑削外形來保證，又考慮到刀具的剛性和加工效率，故采用Φ8 mm的立銑刀，型號為R216.32-08030-AC10P，查閱SANDVIK刀具手冊，采用轉速3 200 r/min，切深2mm，進給800mm/min.

（5）螺紋孔加工刀具及切削用量的選擇

M6螺紋的加工，Φ5mm的鉆頭鉆底孔，然后選擇M6×1的絲錐攻絲，攻絲的時候，需要保證進給量=轉速×螺距，所以轉速1 000 r/min，進給1 000mm/min.

5 加工總結

本零件在加工工藝設計中的特殊之處，主要表現為以下幾個方面：

（1）靈活應用了三爪卡盤。三爪卡盤是一種應用廣泛的通用夾具，不但可以用在車床上，也可以用在銑削加工中心上，三爪卡盤可以使用正爪來夾持外圓，也可以使用反爪來夾持內孔，保證了多次裝夾的同軸度。

（2）在加工此連接環圓周上的U型開口槽時，采用比槽寬小的刀加工，以較好地保證精度。

6 加工建議

在銑削加工中心上對圓形零件進行對刀時，因為外圓已經加工到位，所以可以使用機械式尋邊器。使用機械式尋邊器對圓形零件進行尋邊時，在尋X方向時，要保持Y軸坐標不變；在尋Y方向時，要保持X軸坐標不變。

7 結束語

車銑復合零件的加工，主要需要考慮車床和銑床的裝夾問題。隨著數控技術的發展，車銑復合數控機床的使用將越來越普遍，車銑復合零件加工時，可以有效減少零件的人工裝夾和搬運時間，提高效率[3]。

[1]曹智梅.淺談圓錐體的切削加工[J].機電工程技術，2007，（12）：103-105.

[2]鄧朝暉，姚田森.加工中心一次走刀立銑切削參數優化的研究[J].機械設計與制造，2005，（5）:99-101.

[3]李德珍，李憲凱.五軸車銑復合加工技術的現狀與發展趨勢[J].航空制造技術，2009，（12）:47-50.