王國(guó)峰，王東升

（中航工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽(yáng)471000）

某骨架零件加工工藝研究

王國(guó)峰，王東升

（中航工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽(yáng)471000）

分析了一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)骨架零件的工藝特點(diǎn)和加工難點(diǎn)，并根據(jù)零件特征制定了合理的加工工藝方案，針對(duì)工藝難點(diǎn)深腔小孔加工，數(shù)控銑裝夾困難以及加工工步、刀具和切削參數(shù)選擇等采取了相應(yīng)的工藝解決措施，經(jīng)產(chǎn)品試制驗(yàn)證，措施有效。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)；工藝方案；措施；裝夾

某骨架零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如圖1所示，由于需求數(shù)量較少，使用鑄件毛坯加工，模具成本較高，故從經(jīng)濟(jì)性考慮確定此零件由機(jī)械加工來(lái)完成。但由于其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工藝性差，零件裝夾較為困難，故需要探索加工工藝技術(shù)，制定合理工藝方案，盡快提供合格零件，滿足裝配需要。本文通過(guò)對(duì)零件工藝特點(diǎn)和加工難點(diǎn)進(jìn)行深入分析，設(shè)計(jì)了較為合理的工藝方案，并針對(duì)工藝難點(diǎn)采取了相應(yīng)的解決措施，保證加工出的零件合格，滿足了產(chǎn)品研制需要。

圖1　骨架結(jié)構(gòu)圖

1　零件工藝性分析及加工難點(diǎn)

該骨架零件材料為45#鋼，其廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)，是最常用的中碳鋼，它的機(jī)械性能好，但淬火性能不好，水淬時(shí)易產(chǎn)生裂紋，根據(jù)零件使用要求，即作為產(chǎn)品內(nèi)部固定傳感器及線纜插頭等使用，使用過(guò)程中不承受大的載荷，對(duì)硬度無(wú)要求，因此，零件可不進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，零件硬度不高，切削加工性較好。但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特征繁多，工藝實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度較大，主要難點(diǎn)如下：

1.1零件特征多，工藝流程安排難度大

根據(jù)圖1所示，零件形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件上各種型腔、槽、孔等特征較多，加工順序安排及工藝基準(zhǔn)的確定較為困難，每一道工序安排必須考慮后續(xù)工序的裝夾定位問(wèn)題，以及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為工藝加工基準(zhǔn)后的尺寸換算問(wèn)題，如果加工順序選擇不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)后邊加工時(shí)無(wú)法裝夾，或設(shè)計(jì)圖紙尺寸難以保證等情況出現(xiàn)。

1.2裝夾定位困難，切削變形大

如前所述，零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可用于裝夾定位的面少，需要在安排工藝流程時(shí)解決裝夾定位問(wèn)題，特別是圖1中上半部分特征的加工，裝夾定位較為困難，必須設(shè)計(jì)專用的銑工夾具，便于裝夾和角向定位。另外，由于零件去除余量較大，材料去除率高，加工中極易發(fā)生變形，需要確定合理的加工工步，選擇合適的刀具和切削參數(shù)，減少切削變形。

1.3深腔小螺紋孔加工難度大

如圖2所示，零件端部臺(tái)階面上兩個(gè)M2小螺紋孔，由于其所在平面A距離端面距離25 mm，螺紋底孔深度約10 mm，總長(zhǎng)度達(dá)到35 mm，而M2-6G螺紋底孔尺寸約為φ1.6 mm，長(zhǎng)徑比達(dá)22，需采用加長(zhǎng)鉆頭。一方面，由于鉆頭本身強(qiáng)度低，剛性差，加之孔小，切屑不易排出，容易造成切屑堵塞，加工時(shí)易折斷；另一方面，由于懸出部分較長(zhǎng)，加工時(shí)容易出現(xiàn)偏斜，孔位置尺寸難與保證。此外，用絲錐攻螺紋時(shí)，普通標(biāo)準(zhǔn)絲錐長(zhǎng)度也不能滿足零件需要，需要購(gòu)置加長(zhǎng)絲錐或制作加長(zhǎng)桿。

圖2　螺紋孔

2　工藝方案及解決措施

2.1制定合理的加工工藝方案

根據(jù)對(duì)零件結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析，按照確保零件尺寸精度，減少裝夾次數(shù)的原則，依據(jù)主要尺寸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，確定工藝加工基準(zhǔn)形成順序，初步確定工藝思路如下：使用130×190鋼棒加工，每件毛坯加工兩件零件。首先由車工分粗精加工完成零件外輪廓及內(nèi)圓弧面加工，如圖3所示，內(nèi)孔由兩端鏜孔，將接刀痕留在后續(xù)銑削加工型腔可去除位置，保證內(nèi)外圓同軸度要求，同時(shí)，對(duì)尺寸公差進(jìn)行了控制，滿足后續(xù)四軸加工堵頭定位需要。

圖3　車工加工

零件的軸線基準(zhǔn)加工形成后，由四軸加工中心夾持已車削一端外圓臺(tái)階，另一端內(nèi)孔堵頭定位，頂尖頂緊，如圖4所示，完成型腔、槽、孔的加工，圓周方向6-M5螺紋底孔加工并引螺紋3～5扣，型腔內(nèi)平面上8處螺紋由于零件最終剖開(kāi)后，裝夾困難，攻絲不易保證與所在平面垂直，故需要在四軸加工時(shí)引螺紋3～5扣。此外，主視圖中尺寸左側(cè)端面由車工和銑工兩次加工而成，必須控制壓縮前期車工臺(tái)階軸向位置尺寸公差和后續(xù)銑工接刀，才能保證尺寸要求。

圖4　四軸加工

在零件徑向特征加工完畢后，安排五軸加工去除零件端部四軸夾持部分臺(tái)階，保證尺寸100 mm，加工型腔、槽、端面φ70 mm平底孔，同時(shí)一次完成端面和側(cè)面共12處M2螺紋底孔加工。需要注意的是，H向旋轉(zhuǎn)視圖中尺寸5±0.1右端面接刀臺(tái)階凸出需控制在0.05以內(nèi)，以保證尺寸8要求，φ70mm平底孔需壓縮深度公差，便于后續(xù)孔底平面接刀控制。如圖5所示。

圖5　五軸加工（1）

在外部特征加工完畢后，安排線切割將零件從中間切開(kāi)，為防止零件切斜，在切斷面留1mm余量，安排三軸立加加工切斷面，保證尺寸51.5，并保證垂直度要求，從而形成加工內(nèi)腔的基準(zhǔn)面。如圖6所示。

圖6　零件切開(kāi)

基準(zhǔn)修復(fù)后，安排五軸進(jìn)行內(nèi)側(cè)型腔、槽、孔的加工。此時(shí)可供夾持面較少，需重點(diǎn)解決零件裝夾定位問(wèn)題，此外由于此時(shí)去除余量大，零件切削變形較大，需確定合理的加工步驟、刀具和切削參數(shù)等，減小切削力和切削變形。如圖7所示。

圖7　五軸加工（2）

五軸加工完后，安排臥加以零件底面定位，兩端外圓弧面處壓緊，一次完成端面及側(cè)面孔加工，如圖8所示。

圖8　臥加工序

2.2深腔小孔加工措施

首先，加工此幾處小孔時(shí)，由于零件結(jié)構(gòu)所限，所使用鉆頭長(zhǎng)徑比較大，鉆孔時(shí)軸向受力增大，必須對(duì)鉆頭的橫刃進(jìn)行修磨，這是由于鉆尖是鉆頭承擔(dān)切削最重要的部分，而橫刃對(duì)鉆頭的切削性能影響很大。鉆頭入鉆時(shí)橫刃起著定心的作用，從而影響到所鉆孔的形狀、位置和尺寸精度；橫刃產(chǎn)生的軸向力占鉆削軸向力的50%～60%［1］，適當(dāng)修磨橫刃長(zhǎng)度可減小切削阻力。通常鉆頭直徑d=1.5～12mm時(shí)，鉆心厚度?。?.2～0.15）d，因此，φ1.5鉆頭實(shí)際鉆心厚度達(dá)到0.225～0.3mm.鉆孔時(shí)，橫刃的擠壓作用就更加突出。為了提高鉆頭的鉆削性能，必須對(duì)鉆頭的橫刃進(jìn)行修磨，鉆心厚度修磨到0.1～0.2 mm，橫刃長(zhǎng)度為鉆心的1/3～1/5，這樣修磨后，切削阻力大大減小。

其次，在鉆小孔時(shí)，須先用中心鉆進(jìn)行引鉆，防止由于小鉆頭剛性差而引起傾斜，造成鉆頭損壞；在鉆底孔前，先用φ1.3～φ1.4鉆頭進(jìn)行粗鉆6 mm深，然后用φ1.5銑刀插銑，以達(dá)到校正孔位置的作用，最后再用φ1.6鉆頭加工孔徑及深度到尺寸。需要注意的是，鉆孔過(guò)程中要及時(shí)排屑，防止鐵屑堵塞，加工過(guò)程中需密切關(guān)注鉆屑是否順利排出，若有異常及時(shí)退出鉆頭查看。

最后，在鉗工攻絲時(shí)，特別的側(cè)面的螺紋孔，由于沒(méi)有可利用的定位面，手工攻絲容易攻歪，普通絲錐長(zhǎng)度無(wú)法滿足要求，定制加長(zhǎng)絲錐周期長(zhǎng)，成本高，且剛性不一定滿足要求，鑒于此，利用先用的標(biāo)準(zhǔn)M2合金絲錐，設(shè)計(jì)了攻絲加長(zhǎng)桿，保證加長(zhǎng)桿小孔和外徑的同軸度在0.02以內(nèi)，且加長(zhǎng)桿小孔和絲錐柄部配合間隙不能過(guò)大，徑向用緊定螺釘壓緊，這樣增強(qiáng)了絲錐的剛性，加工螺紋全部合格。

2.3保證零件裝夾剛性，確定合理加工工步

首先，根據(jù)零件特點(diǎn)，選取長(zhǎng)度方向的兩個(gè)尺寸面作為夾緊面，寬度方向的兩個(gè)面及R60外圓弧面定位，確定零件角向中心，同時(shí)由于零件加工過(guò)程中材料去除量大，零件主體部分加工完后只有5 mm厚，剛性較差，故夾具需要有足夠剛性，設(shè)計(jì)專用銑工夾具如圖9所示。

圖9　銑工夾具

2.3.1零件裝夾要點(diǎn)

由于零件剛性差，為了減少零件加工后的變形，在裝夾過(guò)程中，零件與夾具之間不能采取緊配合，必須采用間隙配合的方法。但是間隙配合會(huì)對(duì)零件角向定位的可靠性造成影響，因此在尺寸100的定位面與零件之間的間隙中需塞入銅皮，保證其定位的可靠性，最后找正時(shí)找平零件的上表面作為加工基準(zhǔn)。

2.3.2零件加工工步

首先，去除左邊深腔的大余量，在側(cè)面及底面均留0.5的精加工余量，再去除右邊型腔及四個(gè)槽大余量，同樣側(cè)面底面留0.5 mm的余量，如圖10所示。完成半精加工工序后，松開(kāi)零件，釋放零件殘余應(yīng)力。然后，適當(dāng)減小夾緊力，重新找平上表面后再次夾緊。改變切削參數(shù)后，加工零件至尺寸。

圖10　銑工加工

2.3.3加工刀具及切削參數(shù)的選擇

（1）刀具選擇

由于零件剛性極差的特點(diǎn)，在刀具選擇方面，盡量選擇直徑較小的刀具，從而降低切削力，減小零件變形。綜合加工效率來(lái)考慮，右邊部分型腔半精及精加工均采用直徑為φ10 mm的刀具，左邊部分型腔半精加工采用φ10 mm的刀具，精加工時(shí)四個(gè)槽采用φ6mm的刀具。刀具參數(shù)的選擇上考慮選用螺旋角小的刀具，從而降低刀具加工時(shí)產(chǎn)生的軸向拉力。同時(shí)，選用刀尖圓角小的涂層合金銑刀。刀尖圓角小是為了保證刀具的鋒利，減小切削力［2］。因?yàn)椴牧衔唇?jīng)過(guò)熱處理調(diào)質(zhì)，因此存在材料內(nèi)部組織不均勻的情況，使切削條件變差，選用涂層合金銑刀的目的是為了保證刀具的耐磨性，最終減小切削力。

（2）切削參數(shù)選擇

在本工序加工時(shí)，考慮到零件剛性差極易變形的特性，切削參數(shù)的選用原則是小切深、低切速、中等進(jìn)給速度的原則。粗加工時(shí)ap=0.5 mm，V=30 m/min，f=0.2 mm/r；精加工時(shí)ap=0.2mm，V=30 m/min，f=0.1 mm/r［3］.

3　結(jié)束語(yǔ)

本文分析了骨架零件的工藝特點(diǎn)和加工難點(diǎn)，通過(guò)修磨刀具及采用粗鉆、插銑、擴(kuò)孔的方法解決深腔小孔加工問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)專用工裝提高了工藝系統(tǒng)剛性，通過(guò)優(yōu)化加工工步和切削參數(shù)，有效控制了切削變形，經(jīng)過(guò)試制批次加工，最終零件全部合格，滿足了裝配需求，證明了工藝方案安排合理，加工順序安排得當(dāng)，針對(duì)工藝難點(diǎn)深腔小孔加工、銑工裝夾困難以及切削變形大等采取的工藝措施可行、有效。

［1］楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］樂(lè)兌謙.金屬切削刀具［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］原北京第一通用機(jī)床廠.機(jī)械工人切削手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

The Craft Technique Scheme Studies Of Some Framework Spare Parts

WANG Guo-feng，WANG Dong-sheng
（AVIC China Airborne Missile Academy，Luoyang Henan 471000，China）

Analyzed the craft characteristics of a kind of complicated structure framework spare parts and process a crux，and drew up according to the spare parts characteristic reasonable of process a craft project，process to deep chamber eyelet of craft crux，count control Xian to pack to clip difficulty and process work to tread，the knife have and sliced to pare parameter choice etc.to adopt a homologous craft to solve measure，Be manufactured a verification on a trial basis by product，themeasure is effective.

complicated structure；process plan；measure；pack to clip

TH162

A

1672-545X（2016）05-0119-04

2016-02-22

王國(guó)峰（1984-），男，河南洛陽(yáng)人，學(xué)士，工程師，研究方向：機(jī)械加工工藝技術(shù)；王東升（1978-），男，河南洛陽(yáng)人，碩士，工程師，研究方向：機(jī)械加工工藝技術(shù)。