小直徑環形機匣車銑加工表面質量研究

王威 姚曉菊 王鶴亭

摘 ?要：機匣加工廠燃燒室機匣工段承制的零件因為目前的車、銑加工之后無法滿足被加工零件的平面度、粗糙度要求，全部需要在車、銑加工之后周轉至鉗工進行研磨，周轉周期長且鉗工工作量比較大。該次攻關主要通過刀具優化、數控程序、裝夾優化和工裝優化等方面開展工作，找到適合零件的加工方式，最終取消所有零件的研磨工序，減少零件周轉。

關鍵詞：數控程序;裝夾優化;刀具優化

中圖分類號：V263 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

某前軸承機匣在NO.87銑內平面工序之后研磨，以保證設計圖要求1.6的表面粗糙度。

某軸承座在NO.100精車內孔及基準工序加工前準備階段要求操作者對基準面進行研磨，保證平面度達到0.01，著色面積達到100%。

某靜子內環塊（材料2A16）在NO.25精車端面及內孔工序、鉆鉸軸向孔工序后進行研磨端面，用于保證精車端面槽工序中端面到槽底尺寸的0.045公差;在NO.90銑扇形段工序之后研磨，為保證徑向孔工序Φ0.1的位置度;同樣的某靜子內環塊 （材料0Cr18Ni11Nb）在NO.40精車內孔、鉆鉸軸向孔工序后進行研磨端面，用于保證精車端面槽工序中端面到槽底尺寸的0.04公差;在No65去毛刺工序之后研磨，為保證徑向孔工序Φ0.1的位置度。

1 項目概述

目前的車、銑加工之后無法滿足被加工面的平面度、粗糙度要求，需周轉至鉗工進行研磨，周轉周期長且鉗工工作量大。本攻關涉及的零件現場生產量大，在周轉至鉗工研磨工序時，現場操作者未認識到研磨工序的重要性，部分零件工序內容執行不到位，造成后續精加工尺寸超差，因此在機械加工工序將平面度、粗糙度一次加工到位成為亟待解決的問題。分析零件變形的主要原因及發生工序，制定切實有效的方法控制零件變形 。提升不同材料零件車銑加工后的尺寸精度及表面質量，取消研磨工序。

2 問題原因分析

由于零件自身剛性較差，且在切削過程中零件受夾緊力及切削力的雙重作用，極易產生彎曲和扭曲變形，導致零件件的尺寸精度和幾何精度降低，難以保證零件的技術要求。

某前軸承機匣需要研磨是因為現場使用普通設備加工，加工過程中零件存在顫振現象，控制零件在加工過程中的振動即可解決零件加工后表面粗糙度不合格問題。

某靜子內環塊，某軸承座需要研磨是受零件基準平面度無法滿足加工要求的影響。在基準面不平的情況下，壓緊力越大，變形越大，松開壓板后變形越大。故裝夾壓緊力保證能夠壓住零件不動的基礎上，越小越好，且需要盡量保證實體壓緊。

3 技術方案驗證

3.1 某前軸承機匣影響因素分析及技術方案

某前軸承機匣工藝規程規定銑內平面工序壓緊中部安裝邊進行加工，但現場使用普通立銑加工，由于工作臺尺寸限制無法壓緊中部安裝邊，只能壓緊后端止口，力矩較大，且加工時的進給速度需要操作者手動控制，無法維持恒定的切削力，因此零件在加工過程中出現顫振現象，加工后表面無法滿足設計圖要求1.6的表面粗糙度。

綜上所述，制定派制可供數控設備使用的可換刀頭機夾刀具，編制數控程序，實現加工過程中切削力的相對穩定的技術方案。同時使用墊鐵墊起中部安裝邊后將其壓緊，減小力矩，從而達到減小零件加工過程中振動的目的。

原某前軸承機匣銑內平面工序使用Φ50T型銑刀采用輪廓編程，該部位余量2 mm，現場操作者手動讓刀補分2層加工。2018年4月完成數控程序的優化，數控程序在徑向自動分為4層，無須操作者手動讓刀，減少加工過程中的人為干預，同時使用新派制返回的專用夾具，降低零件加工過程中的顫振，在每層切深降低后零件加工后表面質量有明顯提升，可以滿足設計圖規定的1.6表面粗糙度，研磨工序取消，

3.2 某軸承座影響因素分析及技術方案

某軸承座為保證100工序加工基準的平面度，原工藝規程中已經安排精修小端基準工序來保證基準平面度，然而經過40余臺份的測量，零件的實際平面度在0.004～0.015。1）基準面存在圓周方向的波浪式變形，跳動在0.005左右。2）基準面存在徑向方向的變形，外高內低，差值平均在0.007。

經過前期的優化，零件加工過程中的變形基本已經得到控制，目前的變形主要為裝夾變形。雖然前期已通過螺旋銑、輔助支承等工藝方案改善了本工序大端基準面的跳動，但是零件大端端面實測仍存在0.02～0.05的變形。 派制專用工裝，該工裝外部三處壓板可繞零件圓周360°旋轉，可在任意位置進行壓緊，保證零件實點壓緊。

第二輪改進實施情況。

使用專用夾具進行加工，能夠有效減少裝夾變形，加工后零件端面平面度實測0.004～0.01，相比第一輪改進后下降0.003，但是部分零件仍存在少量變形。 采用該方法配合磨加工攻關試驗，可有效降低右圖所示翹曲，加工后自由狀態下進行著色檢查，著色面積一次達到100%。

3.3 鋼材靜子內環塊零件變形影響因素分析及技術方案

針對變形不大的不銹鋼零件制定措施。1）優化加工參數，適當降低背吃刀量。2）優化壓緊方式，零件加工前對基準面進行著色，確定不平點置，裝夾時壓緊完全著色表面，避開零件空心位置，這樣可以盡量保證實體壓緊，將裝夾變形控制到最小。3）優化壓緊力，使用測力矩扳手擰緊壓板，保證零件均勻壓緊。4）優化加工方法，在車加工最后一刀前，適當放松壓板，然后再次壓緊。

由于不銹鋼零件密度及彈性模量較大。加工時對壓緊力及切削力有一定抵抗能力，若加工時加工參數合理，壓緊方式得當，操作者技能水平達標，能較好地保證加工后的質量。

3.4 鋁材靜子內環塊零件變形影響因素分析及技術方案

考慮到該零件研磨的主要目的是保證零件平面度，而保證零件平面度的主要目的是保證車槽工序中槽深尺寸公差，若優化工藝路線將槽加工與端面加工進行整合，在保證槽深尺寸的前提下即可以取消研磨工序。同時，通過前期數據分析，在相同條件下，若型面寬度減少，其平面度質量有所提高。若在工藝中減小端面寬度，適當優化加工參數，也能提高零件平面度質量進而取消研磨工序。針對該思想，制定第二輪試驗方案如下。1）適當提高No21工序技術條件要求。 2）減小背吃刀量，分多次加工完成，減少零件壓緊數量及零件壓緊力。 3）優化工藝路線，將車端面槽工序同精車內圓工序合并。 4）機床增加地腳，減小機床自身振動。

針對密度及彈性模量較小的鋁合金零件，合理選擇加工參數，適當減少壓緊部位及壓緊力，提高機床及刀具剛度，操作者技能水平達標，能較好地保證加工質量。

4 結論

該次攻關通過對不同材料零件加工過程的生產以及在加工過程中對刀具選擇、加工參數、走刀路線、裝夾優化等方面的試驗后得到如下經驗。1）車加工零件端面時，通過優化加工參數，適當減少壓緊部位、降低壓緊力，多次小余量加工，能有效提高零件加工質量。2）選擇合理的裝夾方式、采用高速銑（高轉速，小切深）方式可以有效提高銑加工表面質量。3）對于裝夾變形較大（基準面跳動大）的零件，采用加工前將基準面著色，然后壓緊著色完全的表面，可以有效控制裝夾變形導致的零件平面度超差。

參考文獻

[1]崔惠婷，陳蔚芳，馮婷.裝夾優化抑制薄壁件加工振動研究[J].組合機床與自動化加工技術，2016（5）：138-142.

[2]劉玉梅.薄板件切削回彈變形機理及裝夾優化方法研究[D].山東：山東大學，2012.