基于車銑復合數控加工工藝研究

陳錫財

文章編號：2095-6835（2017）04-0112-02

摘 要：加工效率和精度是金屬加工領域追求的永恒目標。隨著數控機床技術的進步，復合加工技術日趨成熟。以連接環為例，探討了車銑復合的數控加工工藝，闡述了加工過程中的注意事項，旨在提高復合加工的加工效率和精度。

關鍵詞：復合加工；加工精度；數控加工；車銑

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.112

復合加工作為一種先進的制造技術，是目前國際上機械加工領域最流行的加工工藝之一。所謂“復合加工”，就是在一臺機床上實現幾種不同的加工工藝。這樣做，能夠縮短工藝鏈，減少零件裝夾次數，提高零件的生產效率。在復合加工中，應用最廣泛、難度最大的就是車銑復合加工。總的來看，車銑復合零件的加工并不只是簡單的車銑結合，而是需要考慮加工的先后次序和裝夾方案，以保證加工精度。

1 圖樣分析

為了便于理解，本文首先介紹連接環零件的加工內容。零件材料為AISI1045，查閱機械設計手冊可知，AISI1045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如表1所示。

由表1中的數據可以知道，連接環的主要加工難點為Φ135h7 mm外圓直徑和Φ70H7 mm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 制訂工藝路線

根據零件工藝特性和車銑復合數控車床的工藝特點，考慮零件裝夾要求，選用直徑為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。在此過程中，備料45#鋼棒料，Φ140 mm×26 mm；鉆孔鉆Φ40孔；車外圓內孔三爪卡盤裝夾從車端面、外圓、內孔入手；車總厚三爪卡盤的裝夾，從車端面入手，以保證總厚；對于打孔銑槽，則包括三爪卡盤、打沉孔、螺紋孔、銑U形槽。

3 夾具選用

針對加工零件和加工數控設備的實際情況，零件分3次裝夾。加工左端時，以毛坯外圓為基準，選用三爪卡盤和軟爪裝夾，零件伸出量為21 mm。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。為了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。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。為了保證已經加工完畢的Φ70H7 mm內孔表面不被夾傷，可以在裝夾部位墊銅皮。

4 刀具和切削用量選擇

4.1 外圓刀和切削用量的選擇

根據零件特點和加工內容，外圓加工分粗精加工，選用SANDVIK系統刀具，選擇DCLNL2020M09刀桿。為了與刀架相匹配，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。由于本零件的外圓比較大，所以，粗車轉速選擇為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。為了保證精車表面粗糙度的兼顧率，選擇轉速600 r/min，切深2.5 mm，進給0.25 mm/r。

4.2 內孔車刀和切削用量的選擇

一般而言，車削內孔時，必須先在棒料上打預孔，預孔尺寸盡可能大，一般以小于零件圖上最小內孔3～4 mm為最佳。但是，該零件的最小孔徑比較大，受選用機床的限制，所能安裝的鉆頭最大為Φ40 mm，只能鉆削Φ40 mm的孔，因此，最終預孔孔徑為Φ40 mm。根據預孔孔徑，選擇20M-SCLCR06的刀桿，該刀桿直徑比較粗，剛性比較好。

內孔直徑相對外圓較小，轉速可以適當加大。車削內孔時，由于切削條件比較差，而且內孔刀的刀桿一般比外圓刀的刀桿剛性差，所以，車削內孔的切削深度要比車削外圓小。因此，該零件粗車內孔時，選擇轉速1 500 r/min，則切深2 mm，進給0.2 mm/r；選擇轉速1 800 r/min，則切深0.3 mm，進給0.1 mm/r。

4.3 沉頭孔加工刀具和切削用量的選擇

沉頭孔為安裝螺栓用的，精度要求不高。因此，采用鉆孔完成時，首先采用R840-0500-30-A0A型號的鉆頭，鉆Φ6 mm的通孔。由于鉆頭直徑比較小，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Φ15 mm的沉頭孔，

可以節約銑削時間，提高加工效率。由于鉆頭直徑比較大，根據切削用量手冊，采用轉速800 r/min，進給80 mm/min。

4.4 U形槽加工刀具和切削用量的選擇

加工U形開口槽時，可以采用與U形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形槽等直徑的刀直接加工的優勢是效率高，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勢是尺寸可以由程序決定，調整方便，缺點是效率相對比較低。考慮到U形槽的公差為0.1，為了保證U形槽的加工精度，不能采用Φ10 mm的立銑刀直接加工，需要用小于Φ10 mm的銑刀編程銑削外形。同時，考慮到刀具的剛性和加工效率，采用Φ8 mm的立銑刀，型號為R216.32-08030-AC10P，查閱SANDVIK刀具手冊，確定轉速3 200 r/min，切深2 mm，進給800 mm/min。

4.5 螺紋孔加工刀具和切削用量的選擇

M6螺紋的加工，Φ5 mm的鉆頭鉆底孔，然后選擇M6×1的絲錐攻絲。攻絲時，需要保證進給量=轉速×螺距，所以，選用轉速為1 000 r/min，進給為1 000 mm/min。

5 加工總結

該零件在加工工藝設計中的特殊之處，主要表現在以下2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，不但可以用于車床上，也可以用于銑削加工中心上。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，要保證多次裝夾的同軸度。②在加工連接環圓周上的U形開口槽時，采用比槽寬小的刀加工，從而更好地保證加工精度。

在銑削加工中心上對圓形零件對刀時，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。

6 結束語

綜上所述，如何根據零件工藝特性和車銑復合數控車床的工藝特點制訂合理的工藝路線，選用合理的加工夾具、刀具，是實現高效精密加工的關鍵。針對文中所述問題，結合加工實踐，進行了一系列的探究，提出了一些自己的見解，具有一定的參考價值。雖然車銑復合數控車床設備的單臺價格比較高，但由于制造工藝鏈的縮短和產品所需設備的減少，以及工裝夾具數量、車間占地面積和設備維護費用的減少，能夠有效降低總體固定資產的投資、生產運作和管理成本。

參考文獻

[1]紀申申.車銑復合加工技術的發展及教學應用探討[J].亞太教育，2016（19）：171.

[2]吳寶海，嚴亞南，羅明，等.車銑復合加工的關鍵技術與應用前景[J].航空制造技術，2010（19）：42-45.

〔編輯：白潔〕