多特征小型精密零件加工方法改進

■中國工程物理研究院電子工程研究所（四川綿陽 621999）于立青 郭才權(quán)

1.零件分析

我所生產(chǎn)的電真空用某電極（見圖1），是具有大凸緣、細軸、淺平底孔和端面半球等結(jié)構(gòu)特征的軸類零件，材料為精密合金4J33，屬難加工材料。其中位置公差是影響產(chǎn)品性能的重要指標。

圖1 某電極

該電極的加工難點主要有：

（1）垂直度0.05 mm要求。細軸φ1.5mm的長徑比為5，在切削力的作用下，因剛性不足易產(chǎn)生彎曲變形，尺寸精度和位置精度難以保證。

2.原數(shù)控加工方法及不足

以前采用常規(guī)數(shù)控加工時，零件的平行度在0.02～0.08mm、垂直度在0.04～0.13mm之間波動，大凸緣兩端面表面粗糙度不能滿足圖樣要求，合格品率低。原加工方法工藝流程如圖2所示。

工件在加工完一端后，調(diào)頭采用專用開口圓襯套（見圖3）裝夾，實現(xiàn)平端面和孔的加工。原加工方法的不足主要有：

圖2 原加工方法工藝流程圖

圖3 平料頭及車端面裝夾示意圖

（1）精車細軸外圓φ1.5mm時讓刀嚴重，且表面有振動顫紋。

（2）工裝的加工精度要求高。開口圓襯套定位孔與工件外圓φmm采用間隙為0.01～0.02mm的小間隙配合，定位孔底面的平面度必須控制在0.02mm內(nèi)。

（3）對裝夾要求高。裝夾時工件端面必須緊貼定位孔底面，否則不僅平行度達不到要求，0.5mm處的厚度尺寸公差（±0.03mm）也會超差。夾緊力控制要求高，夾緊力過小，精車端面易產(chǎn)生顫紋，造成表面粗糙度達不到要求，且切削力會使工件飛出，造成工件碰傷，存在安全隱患；夾緊力過大，會使工件出現(xiàn)徑向變形，取下工件后，變形使平行度超差。

（4）精車端面的余量必須嚴格控制在0.25～0.30mm內(nèi)。余量過少，切斷時徑向切削力使大凸緣處變形，變形量超過精加工余量，使平行度達不到要求；余量過大，大的余量使切削作用力過大，易造成工件彎曲報廢。

（5）小料頭的去除效率低。切斷后，在切斷處會產(chǎn)生形狀不規(guī)則小料頭（見圖4），料頭高度與切斷刀寬度基本相等，直徑約為1.5～2.5mm。小料頭加工硬化嚴重，去除困難，用端面車刀平端面

圖4 切斷后小料頭示意圖

（6）平底孔φmm的加工效率低。因孔直徑小、深度淺，且為平底，普通鉆頭無法進行孔的粗加工，只能采用刃磨后的非標鉆頭進行粗加工，鉆頭刃磨困難且不耐用。加工時刃磨鉆頭若有鈍化，切削力很容易將工件從工裝中帶出，使工裝報廢。

3.加工方法的改進

針對出現(xiàn)的問題，開展了技術(shù)攻關(guān)和加工試驗，對加工方法進行改進，采取以切代車法、漸增余量一次走刀法及以銑代車法等突破常規(guī)的加工方法，改進后的加工工藝流程如圖5所示。

（1）以切代車法：用切外圓來替代外圓粗車，并實現(xiàn)端面的粗、精加工。采用這種方法是考慮到數(shù)控設(shè)備本身系統(tǒng)剛性好、高精度，且在零件從毛坯上切掉前，零件的剛性也足夠。具體方法是用切斷刀替代外圓車刀（或端面車刀）對外圓、端面進行粗加工，最后用切槽刀實現(xiàn)端面的精加工，而外圓精加工仍采用外圓精車刀。

具體在本例中，是用寬2.5mm的切斷刀在完成外圓粗車的同時，粗切出大凸緣（見圖6），大凸緣處留精加工余量（圖1中A端面留量0.1mm，B端面留量0.02mm），然后精車外圓，最后用寬1.5mm的切槽刀平大凸緣端面，一次裝夾完成有位置精度要求的兩端面的加工。零件一端加工完成后，在調(diào)頭加工另一端時，又用切槽刀實現(xiàn)小料頭的去除。

圖5 新加工方法工藝流程圖

圖6 新工藝方法加工示意圖

這種方法充分利用了機床和刀具的特點，不僅不需要制作高精度要求的工裝，還避免了擠屑可能產(chǎn)生的對已加工表面的損傷，同時又提高了加工效率。在保證平行度0.025mm要求的基礎(chǔ)上，使尺寸0.5mm的厚度公差（±0.03mm）控制容易。

（2）漸增余量一次走刀法：將精加工外圓所需的切削余量按線性逐漸增加，以增強切削時的剛性，精加工時一次走刀將外圓加工到所需尺寸。

在本例中，粗加工時將細軸φ1.5mm加工成錐形（見圖6），小端留余量0.2mm，大端留余量0.5～1.0mm，精車時一次走刀將細軸車削到尺寸。用此方法解決了細軸加工時的讓刀、振動現(xiàn)象，避免了因剛性差產(chǎn)生的變形，易于保證尺寸精度和形狀精度。

一次走刀法適用于長徑比在5～10的零件。在應(yīng)用時錐度角度盡可能小，即小端留余量后的直徑與大端直徑差不超過2mm。角度過大易扎刀，且刀具磨損會加劇。

（3）以銑代車法：用鉆夾頭夾持標準鍵槽銑刀，銑刀直徑小于被加工的孔尺寸。加工時工件旋轉(zhuǎn)，完成鉆孔及孔的底面加工。通過銑刀偏置，完成鏜孔。若孔精度要求高，最后只需精鏜孔即可。這種方法適用于標準鉆頭不能加工的淺孔、平底孔，避免了非標鉆頭的制作和孔底面大余量的去除，使孔的加工效率大幅提高。在本例中，用直徑3mm的鍵槽銑刀實現(xiàn)直徑4mm、深1.2mm孔的粗加工，機床控制系統(tǒng)是FANUC 18T，數(shù)控程序如下：

實際應(yīng)用時，為了保證內(nèi)孔加工精度，鍵槽銑刀的伸出長度要短，數(shù)控機床的剛性要好，X軸定位精度要高，對刀時必須保證鍵槽銑刀有一個切削刃在刀具中心。

采用改進后的方法加工的零件，其平行度在0.02mm以內(nèi)，垂直度在φ0.03mm以內(nèi)，表面粗糙度值Ra≤1.6μm，質(zhì)量穩(wěn)定，完全滿足圖樣要求。

4.結(jié)語

通過采用突破常規(guī)的加工方法，合理利用刀具及數(shù)控設(shè)備功能，較好地解決了多特征小型軸類零件的加工問題，提高了生產(chǎn)效率，保證了加工質(zhì)量。同時，這種實用工藝方法也為具有一種或多種特征零件的加工提供了有益的借鑒，可在小批量生產(chǎn)中推廣。

[1]王吉化，陳偉.機械工人切削實用技術(shù)手冊[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

[2]金濤.數(shù)控車加工[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.