數(shù)控加工配合件的分析研究

于海濤， 郭 巖

（空裝駐沈陽地區(qū)第一軍事代表室， 遼寧 沈陽 110850）

零件作為機(jī)械元件的最小組成單元，通過相互之間的配合形成了機(jī)械元件，機(jī)器的正常運轉(zhuǎn)也離不開零件之間的配合[1-3]。目前，由于對零件之間的配合精度、表面粗糙度和位置等要求越來越高，傳統(tǒng)的機(jī)械加工已很難滿足其加工需求。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工方式逐漸成為解決該問題的重要途徑[4-7]。下面將以車削加工的盤套類零件和銑削為主的箱體類零件為例說明配合件的加工流程。

1 盤套類配合件的加工

盤套類零件多與同屬回轉(zhuǎn)件的軸類零件進(jìn)行配合，在實際中的應(yīng)用十分廣泛，盤套類零件表面是同軸度較高的園曲面，其零件壁薄且容易產(chǎn)生形變，一般由孔、端面，溝槽和內(nèi)外螺紋等構(gòu)成[8]。

盤套類零件表面孔的直徑尺寸等級為IT7，孔的形狀精度必須控制在孔徑公差內(nèi)，精密套筒一般控制在孔徑公差的1/2～1/3 之間。當(dāng)軸套零件的尺寸較長時，要對內(nèi)孔面的圓柱度，端面對內(nèi)孔軸線的圓跳動以及垂直度綜合進(jìn)行考慮。此外，孔的表面粗糙度值要求為Ra1.6～0.16 μm，以提高零件的耐磨性。

以下將采用CJK6240 型機(jī)床，以軸承套為例，具體分析配合件的數(shù)控加工過程。

1.1 零件圖（見圖1）工藝分析

首先確定基準(zhǔn)，先對左右斷面進(jìn)行加工，避免零件的長度尺寸不足。

在進(jìn)行內(nèi)孔加工時，鏜1：20 錐孔、15°斜面和Φ32 孔等要求進(jìn)行掉頭夾裝。

對于右端螺紋要最后再進(jìn)行加工，由于車削速度過快時會導(dǎo)致溫度升高，螺紋牙發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，為了避免這種情況發(fā)生，可以將外螺紋圓車到最小極限尺寸。對于M45×1.5 的螺紋，在加工之前它的外 圓 直 徑D外≈D- （0.1 ～0.216 5），P=45-0.2×1.5=44.7，其中：D為量針直徑，mm；P 為螺紋螺距，mm。此時要注意，數(shù)控機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速n≤1 200P-k（k是保險系數(shù)，一般為80）。

加工螺紋的長度要事先考慮切入和切出的空行程量，切入量選擇2～5 mm，切出量選擇0.5～1 mm。

圖1 軸承套的零件圖（單位：mm）

1.2 裝夾的操作方法

對于內(nèi)孔的加工，一般要以外圓進(jìn)行定位操作，然后通過三爪自動定心卡盤對其夾緊；在對外輪廓進(jìn)行加工時，一般采用三爪卡盤夾持心軸左端，在心軸的右端設(shè)有小孔，可用尾座頂尖對其進(jìn)行頂緊的操作，外輪廓車削夾裝方案見下頁圖2。

1.3 走刀的路線

一般情況下，根據(jù)基孔先行的原則，可先對內(nèi)孔的表面進(jìn)行加工，最后再進(jìn)行右邊螺紋的加工。在對外輪廓進(jìn)行加工時，其相應(yīng)的表面車削走刀可以沿著零件輪廓順序進(jìn)行。

圖2 外輪廓車削裝夾方案

1.4 關(guān)于刀具的選擇（見表1）

表1 刀具的選擇

1.5 切削用量的選擇（見表2）

表2 切削用量的選擇

2 銑削為主的箱體類配合件加工

箱體類零件一般具有定型腔或者空腔，在飛機(jī)、汽車等精密機(jī)械件中應(yīng)用十分廣泛，常見的主要有汽車變速箱、發(fā)動機(jī)缸體、機(jī)床主軸箱和齒輪泵殼體等[9]。

2.1 數(shù)控加工的優(yōu)勢

一般來說，箱體類零件要進(jìn)行多工位孔系和表面的加工，其相應(yīng)的公差要求也較為嚴(yán)格，需要的刀具多，加工難度大、時間長，其加工精度難以保證。對于箱體類零件適合在加工中心進(jìn)行加工，其一次裝夾即可完成普通機(jī)床的60%～96%的工序內(nèi)容，這很大程度上使零件的精度得到了保證，并且加工過程穩(wěn)定，可以保證零件加工的質(zhì)量[10]。

在對型腔模具進(jìn)行加工時，加工中心與數(shù)控銑床銑削加工是常用的加工方法，因為數(shù)控銑床的加工功能較為強(qiáng)大，加工過程中不易發(fā)生溫度升高造成的變形問題，整個加工過程較為穩(wěn)定，既能保證加工質(zhì)量又能提高加工效率，適合大量的零件加工。

2.2 箱體零件加工方法

當(dāng)孔面都存在時，先進(jìn)行銑面操作，后完成對孔的加工。對于孔系加工時要注意，先對孔進(jìn)行粗加工，然后再進(jìn)行精加工的操作。

當(dāng)孔的直徑大于3 mm 時，要先鑄出毛坯孔，然后在普通機(jī)床上進(jìn)行毛坯孔的粗加工，為了便于后續(xù)的加工，在粗加工時要留有4～6 mm 的加工余量，最后在加工中心上完成孔和面的加工，即通過粗鏜、半精鏜、孔端倒角和精鏜四個工序進(jìn)行加工[11]。

對于直徑小于30 mm 的孔，則可以省去鑄毛坯孔的過程，在加工中心上完成對孔和端面的加工，該過程主要分為锪平端面、打中心孔、孔端倒角和精鏜操作。

在對孔系進(jìn)行加工時，一般遵循“先大后小”的加工順序，尤其當(dāng)大小孔相距較為接近時，更要采用這種加工順序。

在對跨度較大的箱體進(jìn)行同軸孔加工時，盡量采用掉頭加工的方法。

在對螺紋進(jìn)行加工時，可在加工中心上完成M6以下和M20 以上的螺紋加工，但攻螺紋操作由于控制起來難度高，容易造成小絲錐折斷，所以一般攻螺紋通過其他方式進(jìn)行加工。對于M20 以上的螺紋，加工中心對其加工難度大的問題，可借助特定程序，采用鏜刀片對螺紋進(jìn)行切削操作。

預(yù)先對零件材料進(jìn)行熱處理。由于加工過程零件的溫度上升較快，這容易造成零件加工時變形，從而影響加工質(zhì)量和精度。為了防止這種情況，必須進(jìn)行一定的預(yù)先處理措施，比如鋼件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，對鑄件進(jìn)行退火處理[12]。

2.3 加工工序

在數(shù)控機(jī)床對箱體配合件進(jìn)行加工時，采用先簡單后復(fù)雜的方法，先對平面、溝槽進(jìn)行加工，然后對內(nèi)腔、曲面等進(jìn)行加工，即先完成粗加工后進(jìn)行精加工。對于零件的粗加工可以先在普通機(jī)床上進(jìn)行，以延長數(shù)控機(jī)床的使用壽命。

2.4 銑削刀具夾具的選擇

加工零件的幾何形狀和材料直接決定了所采用的刀具。采用球頭刀對曲面零件進(jìn)行加工，粗加工可選擇兩刀刃銑，四刃銑刀則進(jìn)行半精加工和精加工的操作。若要進(jìn)行銑小平面或臺階，可采用通用銑刀。對于銑鍵槽，通常選用兩刃鍵槽銑刀。在對孔進(jìn)行加工時，一般選擇鏜刀、鉆頭等加工工具。

2.5 切削用量的選擇

切削用量的選擇主要依據(jù)機(jī)床主傳動功率。切削用量的選擇以機(jī)床—刀具—工件系統(tǒng)不發(fā)生較大振動為宜，當(dāng)弓箭的熱變形不明顯，機(jī)床的穩(wěn)定性較好，刀具材料性能良好，此時可以根據(jù)實際情況適當(dāng)加大切削用量。

3 結(jié)論

1）對配合零件進(jìn)行工藝分析后編制出程序和加工，其主要是針對盤套類配合件的加工，銑削為主的箱體類配合件加工。

2）數(shù)控銑削具有很大的靈活性，而且加工方法多樣化。本次設(shè)計先從零件圖入手分析了零件圖給的技術(shù)要求，然后制定出一個工藝方案，接著計算加工方法，最后導(dǎo)出程序并加工。

3）在此過程中對于發(fā)現(xiàn)工藝路線存在的不足之處，及時改正并提出合理的解決辦法，最終針對加工方法反復(fù)試驗并確定合理方案。