托座加工技術研究

鄧文星，韓利萍，秦 俊，張艷文，楊少華

（1.山西航天清華裝備有限責任公司工藝處，山西長治 046012；2.火箭軍駐長治地區軍代室，山西長治 046012）

1 引言

現代制造業要實現集成化、自動化及柔性化生產，數控加工技術首當其沖，其產品質量的提升及勞動生產率的提高有賴于數控加工技術的廣泛應用[1]。圖1所示托座為某產品重要的焊接結構件，托座尺寸約為1,250×600×300mm。以前產品在下端有一個機加平面，可以作為整個托座后續加工的一個基準，進行后續的圓弧面加工和鏜孔。現在的零件已經沒有那個機加平面結構，使得此托座沒有了裝夾基準，給托座加工帶來了困難。采用以往的裝夾方式，在機加完圓弧面之后，無法精確找到鏜孔軸線所在的位置。托座二維結構如圖2所示，托座上端中心線與下端中心線夾角為2.45°，托座下端孔加工精度為φ60H7mm，即上偏差為+0.03mm，下偏差為0，且要求機加圓弧面直徑與機加孔軸線共面。以往生產過程中由于操作工采用裝夾方法不合理，導致對刀基準位置出現偏差，整個托座加工完成后不能滿足工藝圖紙要求，造成了大量返工返修，滯約了生產進度，影響了托座質量。

2 加工現狀分析

2.1 加工設備

由于托座尺寸較大，采用180數控銑鏜加工，考慮到所需鏜孔長度270mm，要求鏜孔刀桿長280～300mm，在鏜孔過程中也受到銑鏜床轉速、進給、被吃刀量影響，找到最合理的切削參數即可保證鏜孔刀桿震顫最小，也可保證鏜孔精度要求[2]。

圖1 托座三維模型圖

圖2 托座二維平面圖

2.2 制約因素

（1）刀具本身的因素。

刀片和托座的材料如果不匹配，鏜孔過程中會產生鏜孔表面粗糙度質量較差的現象；剛性相對較高的工藝系統，支持較大的刀尖圓弧角切割。若鏜孔時每轉的進給量大于刀尖圓弧過渡刃的修光長度，將會造成加工后的表面修光不徹底。當刀頭的后角太小時，不論是主后角還是副后角，都會使刀尖與托座的摩擦面積增大，工藝系統發生振顫；未及時更換刀尖磨損嚴重的刀片，鏜孔時孔壁會出現“拉毛”的情況，必然導致鏜孔質量的下滑[3]。刀具因素對托座質量影響詳見表1所示。

表1 刀具因素對托座質量影響表

（2）切削速度的影響。

在鏜削過程中，當切削速度選擇不當時，鏜孔過程中會出現工藝系統發生高頻共振的現象，嚴重降低鏜孔尺寸精度和表面粗糙度質量。當切削速度過大時，可能或造成刀尖磨損嚴重，切削熱升高產生積屑瘤，必然降低鏜孔的尺寸精度和表面粗糙度質量；當切削速度太小時，鏜孔過程中存在刀尖崩刃導致孔壁產生劃痕現象，同樣降低鏜孔尺寸精度和表面粗糙度質量。

（3）進給量的影響。

在鏜孔過程中，若刀尖修光刃的有效修光長度小于所使用的刀具的單位進給量時，必然造成孔尺寸精度不勻稱，孔壁已加工表面出現“螺紋”狀的劃痕；當刀尖修光刃的有效修光長度比單位進給量大的太多時，又會導致道具與孔壁的重復性摩擦，進而降低孔壁的表面質量。

（4）鏜孔余量的影響。

當鏜孔的余量較大或不均時，必然會發生較大的切削阻力，導致鏜桿發生變形反彈，引起切削過程中不穩定的現象，加工孔徑偏大且不均勻；當鏜孔的余量較小時，會使鏜刀“壓不住刀”，切削過程中產生讓刀現象，產生一頭大一頭小的錐孔。

3 采取措施

3.1 設計裝夾工裝

為解決無裝夾基準的難題，設計托座專用工裝，其三維模型如圖3所示。托座加工工裝底部平面與水平面夾角為2.45°，上端圓弧面與托座上端圓弧面貼合，裝配示意如圖4所示。首先將工裝用壓板壓緊在工作臺上，使用托座加工工裝底面平面與水平面夾角2.45°來彌補托座上端圓弧面結構傾斜的2.45°，即將托座弧面R864mm與工裝弧面R864mm貼合，調整托座的中心刻線與工裝的中心刻線對齊，必要時使用墊片調整，從而保證托座底部孔φ60mm處于水平位置，即孔φ60mm軸線水平，以此來加工孔φ60H7mm（即上偏差為+0.03mm，下偏差為0）。

圖3 托座專用工裝三維圖

圖4 托座與工裝裝配示意圖

3.2 工藝方案優化

工藝方案優劣是影響托座加工質量的重要因素。根據托座結構特征及余量等因素，將工藝方案確定為粗加工→半精加工→精加工。切削參數合適與否直接影響鏜孔表面質量[4]，根據加工方式的不同，選擇不同的刀具，選擇刀桿長度為280～300mm，相應的切削參數如表2所示。

表2 刀具切削參數

在粗加工過程中，由于加工余量較大，產生的切削力較大，產生的切削熱也較多，為提高刀具的強度和耐磨性，選擇前角γo=5°、后角α0=3°、刃傾角λs=2°，由于托座剛性較差，為避免在加工中產生振動，選擇主偏角Kr=90°。

精加工內孔時，為提高內孔表面質量，保證內孔的圓柱度和圓度公差要求，選用了后角位α0=11°、刀尖圓弧為R0.4mm的鏜刀，以減小切削力，避免在鏜削過程中產生振動。刀片形狀如圖5所示，裝在刀桿上如圖6所示。

粗鏜孔的目的是去掉孔壁的大余量，為精鏜做準備。粗加工中產生大量的切削熱與切削應力會導致工藝系統的變形加劇。半精鏜主要是進一步去除內孔多余的余量，逐漸減小內孔的形位公差，進一步提高內孔表面加工質量，同時，選用較小的切削用量，減小切削熱和切削力，保證托座較小的變形；精鏜內孔的目的是保證內孔尺寸公差和表面粗糙度達到圖樣要求，使表面粗糙度值為Ra6.3μm，內孔尺寸控制在φ60H7mm（即上偏差為+0.03mm，下偏差為0），為托座提供理想的尺寸和表面粗糙度值要求。

圖5 精鏜孔刀片示意圖

圖6 刀片與刀桿裝夾示意圖

4 結語

通過設計托座加工工裝，對托座進行裝夾定位，為鏜孔做好了前期的準備工作，并在具體工藝方法上采取優化的工藝方案，選擇了合理的加工方式、刀桿及切削參數，保證了孔φ60mm的表面質量和精度要求，有效減少返工返修，同時縮短加工時間30%，破解了加工瓶頸工序，有效保證了車間生產進度。本方案還為后續類似零部件的生產開辟了思路，提供了經驗，可推廣到更多類似產品加工。