高精度斜孔零件的加工原理及加工方法

劉 存

（中航工業(yè)北京航空制造工程研究所保密部，北京 100024）

高精度斜孔零件的加工原理及加工方法

劉 存

（中航工業(yè)北京航空制造工程研究所保密部，北京 100024）

以斜孔零件為例，分析高精度斜孔零件的加工原理及加工方法，通過(guò)對(duì)定位基準(zhǔn)、裝夾找正方法選擇等的講述，對(duì)高精度斜孔類零件的加工過(guò)程進(jìn)行了描述，并對(duì)相應(yīng)解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，找出加工斜孔零件的通用方法。

高精度斜孔；基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換；找正球；尋邊器

在一些工件上要加工中心線與工件上某一個(gè)或幾個(gè)平面成一定角度關(guān)系（90°除外）的斜孔。高精度斜孔零件是指零件中不僅有斜孔，而且對(duì)斜孔的尺寸公差、形位公差及表面光潔度有較高要求的零件。高精度斜孔零件在通用設(shè)備中使用的比較少，但在專用機(jī)床、泵體等涉及較高精度的場(chǎng)所中應(yīng)用的還比較廣泛。高精度斜孔零件的加工涉及基準(zhǔn)和空間角度的轉(zhuǎn)換，涉及多道工序、多次裝夾、多次找正，無(wú)論是用普通機(jī)床加工還是用加工中心加工，在加工過(guò)程中，都存在一定的難度。本文從典型零件出發(fā)，對(duì)高精度斜孔零件的加工原理進(jìn)行分析，找出高精度斜孔零件通用的加工方法。

1 高精度斜孔零件的加工思路

斜孔類零件的加工，需要將孔的軸線與機(jī)床主軸的軸線重合后在軸線方向上進(jìn)給。由于斜孔的中心線與某個(gè)平面成一定的角度關(guān)系，給工件的裝夾和調(diào)整帶來(lái)了許多的困難；裝夾和調(diào)整后，孔的軸線與機(jī)床主軸軸線重合，必然會(huì)使零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)不統(tǒng)一，找到原來(lái)的基準(zhǔn)比較困難。同時(shí)，由于斜孔的孔端截面為橢圓，在加工斜孔的孔口時(shí)形成單邊切削，影響斜孔的加工質(zhì)量。加工含有高精度斜孔零件的基本思路：

（1）選擇合適的加工工藝路線；

（2）選擇合適的加工基準(zhǔn)并與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)之間建立聯(lián)系；

（3）旋轉(zhuǎn)零件，旋轉(zhuǎn)機(jī)床主軸，保證機(jī)床主軸的軸線和斜孔的軸線重合；

（4）重新找正確定斜孔的中心位置；

（5）加工孔。

2 高精度斜孔零件加工的加工實(shí)例

2.1 零件介紹

該零件（定位板，見圖1）為某專用機(jī)床找正用的工裝。專用機(jī)床通過(guò)找正該定位孔中的心軸，確定專用機(jī)床主軸的角度，斜孔的精度決定著專用機(jī)床的精度。因此，圖紙對(duì)該斜孔的尺寸公差，表面光潔度及形位公差的要求都很高。

圖1 定位板整體圖

2.2 主要技術(shù)要求及加工工藝路線

圖2、圖3所示為定位板的樣圖，零件外形尺寸為165×150×33mm，材料為 T10，硬度為 55-60HRC。由工件樣圖可知，斜孔的孔徑為Φ17G7（+0.024，+0.006），與端面垂直度為0.01，光潔度為1.6。其中圖紙尺寸為定位板中心即Φ30H7（+0.021，0）孔中心到D面與Φ17G7（+0.024，+0.006）孔的中心線交點(diǎn)在A-A旋轉(zhuǎn)40°內(nèi)的距離為60.954±0.04，Φ17G7（+0.024，+0.006）孔軸線與 Φ30H7（+0.021，0）孔軸線在A-A旋轉(zhuǎn)40°內(nèi)投影的夾角為35°，Φ17G7（+0.024，+0.006）孔軸線與B-B剖面在A面內(nèi)投影的夾角為40°。圖中要求斜孔的光潔度為1.6，普通鏜（銑）床加工不能滿足形位公差的要求?？紤]Φ17G7（+0.024，+0.006）斜孔加工的工藝路線為：

（1）熱。退火；

（2）鉗。劃孔、各面位置線；

（3）粗銑。銑外形各面留適當(dāng)余量，加工孔Φ17G7、Φ30H7留余量，加工D、D1面留余量，其余至要求；

（4）磨。磨外形至要求，要求各面垂直平行在0.01以內(nèi)；

（5）鉗。重劃孔、劃各面位置線；

（6） 鏜 磨 。 鏜 磨 Φ30H7（+0.021，0）、Φ17G7（+0.024，+0.006）孔；鏜磨 D、D1面。

圖2 定位板剖面圖

圖3 定位板B向局部圖

2.3 定位基準(zhǔn)的選擇

定位基準(zhǔn)直接影響工件的加工質(zhì)量。斜孔中心線的基本位置尺寸從工件中心Φ30H7（+0.021，0）孔中心給出，工件外形經(jīng)過(guò)磨削加工后，平面度和尺寸公差都較好，A1（與A面平行的大面）面面積大，定位可靠，所以選A1面作為斜孔加工的定位基準(zhǔn)面。通常把與斜孔有角度關(guān)系的面作為導(dǎo)向面。由工件的樣圖可知，斜孔中心線與工件中心線成35°角，所以選工件中心線且與A-A剖面平行的平面M作為斜孔加工的導(dǎo)向面。至于斜孔中心線與工件中心的尺寸可以通過(guò)調(diào)整主軸中心線獲得。

2.4 裝夾方法

加工斜孔類零件需要將孔的軸線與機(jī)床主軸的軸線重合，即將空間角度的孔轉(zhuǎn)化為在機(jī)床主軸平面內(nèi)進(jìn)給的孔。

建立圖4模型：OB與坐標(biāo)系X軸平行，OF與Z軸平行，OD與Y軸平行，OO"為斜孔的中心線。當(dāng)立方體在水平面內(nèi)繞OD軸旋轉(zhuǎn)∠1，在豎直平面內(nèi)繞O逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)∠Φ時(shí)斜孔的軸線就與XO"Y平面平行，且與XO"Z平面垂直?？准纯砂粗笨准庸ぁ?/p>

圖4 斜孔中心空間模型圖

按照上述思路，將零件中心與轉(zhuǎn)臺(tái)中心重合，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)零件旋轉(zhuǎn)，機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)角度即可保證機(jī)床主軸中心與斜孔軸線重合。

2.5 找正基準(zhǔn)、方法的選擇(基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換)

按照上述方法裝夾后，需將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)統(tǒng)一后才能加工。

圖紙中 Φ17G7（+0.024，+0.006）斜孔的尺寸是從工件中心給出。主軸旋轉(zhuǎn)后直接找正工件中心將比較困難。因此應(yīng)建立具備以下特性的的輔助基準(zhǔn)點(diǎn)：

（1）主軸旋轉(zhuǎn)前后能找到該點(diǎn)；

（2）主軸旋轉(zhuǎn)前后能與工件中心建立聯(lián)系。

在空間中，旋轉(zhuǎn)前后能方便的找到同一個(gè)點(diǎn)，常用的工裝是找正球。

旋轉(zhuǎn)前，將找正球固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，用百分表找正工件中心線與A面的交點(diǎn)和球體的中心并記下相對(duì)位置坐標(biāo)；主軸旋轉(zhuǎn)后，用百分表再次找正球體的中心，根據(jù)剛才記下的坐標(biāo)上下前后左右移動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)面，使機(jī)床主軸軸線再次指向工件中心線與A面的交點(diǎn)。轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，零件前后左右移動(dòng)坐標(biāo)，使機(jī)床主軸軸線與斜孔軸線重合加工斜孔。

此外，也可以用尋邊器來(lái)輔助找正。主軸旋轉(zhuǎn)后，將尋邊器固定在主軸上，使尋邊器軸線和機(jī)床主軸的軸線重合。尋邊器頭上小球的半徑為r。主軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度后，用尋邊器探測(cè)與A面垂直且互相垂直的兩個(gè)坐標(biāo)平面及 A面，此時(shí)機(jī)床數(shù)顯（x，y，z）均清零，走坐標(biāo)（85+r，82.5+r），Z向移動(dòng) r，使尋邊器軸線與機(jī)床主軸軸線指向工件中心線與零件上表面的交點(diǎn)。其它和用找正球找正一樣。

找正球找正，找正誤差由人的視覺(jué)誤差、找正球的精度誤差、表的精度誤差共同組成。另外，主軸旋轉(zhuǎn)后確定找正球的中心誤差會(huì)比較大，尤其是確定找正球中心Z向坐標(biāo)的誤差會(huì)更大。用尋邊器找正，精度由尋邊器的精度及鉆夾頭的精度共同決定，找正零件的側(cè)面也比較容易，同時(shí)剔除了人的視覺(jué)誤差，使用起來(lái)會(huì)比較方便。

2.6 斜孔的鏜削加工

鏜磨精加工斜孔，不存在下述問(wèn)題。若用鏜（銑）床精加工斜孔，為了提高鏜床的加工質(zhì)量，在粗鏜加工結(jié)束后，用較小的力對(duì)工件進(jìn)行裝夾，可減少夾緊變形引起的加工誤差。

3 結(jié)束語(yǔ)

加工高精度斜孔零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用的要求，選擇合理的工藝路線加工，選擇合適的基準(zhǔn)裝夾，經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，確保零件的精度和形位公差要求。

[1]機(jī)械工業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.鏜工技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]徐耀信.機(jī)械加工工藝及現(xiàn)代制造技術(shù)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2005.

The Processing Principle and Processing Method of High Precision SlantHole Parts

LIU Cun
（Avin Beijing AeronauticalManufacturing Technology Research Institute，Beijing 100024，China）

Based on a slanthole parts as an example,analyses the processing principle and processingmethod of high precision slant hole parts,through the positioning,clamping centeringmethod choice about,machining process of the obliquehole partsare described in detail,and compared the advantagesand disadvantagesof the corresponding solution plan,generalmethod to find out the processing hole.

high precision slanthole；datum transformation；looking for the ball；edge detector

TH162

B

1672-545X（2014）04-0177-02

2014-010-06

劉 存（1980—），男，河南人，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。