萬 林

(中國工程物理研究院 機械制造工藝研究所，四川 綿陽 621900)

0 引 言

在車床上加工高精度閥體內孔需對每種閥體定制不同的專用工裝，專用工裝的加工工藝復雜，生產(chǎn)周期較長。而采用銑削方式則不需要特意定制工裝，只需通用夾具便可對各種閥體進行裝夾。采用銑削方式一次可以加工兩組孔，甚至可以實現(xiàn)多工位裝夾，在效率上有很大的優(yōu)勢。

筆者分析了車削高精度內孔的優(yōu)缺點，分別對φ6.2基準孔、錐孔和φ5.8深孔進行銑削實驗研究。φ6.2為此類閥體的基準孔，采用螺旋銑孔[1-2]的方式進行加工；有效控制進給和螺旋銑孔的螺距，圓柱度能達到0.004 mm，粗糙度能達到Ra0.4。錐孔采用SR2球刀螺旋銑孔的方式，設定小于等于粗糙度值的曲面精度，錐面粗糙度能達到Ra0.4；有效避開機床熱變形引起的加工誤差，跳動滿足精度指標。φ5.8為高精度深孔，深徑比>7，不易采用螺旋銑削，而采用鉆、鏜、鉸的工藝方法；并選定高精度高穩(wěn)定性鉆頭進行粗鉆孔，有效提高孔加工效率。

通過銑削加工誤差控制試驗，證明銑削高精度內孔的可行性和有效性，并總結出正確的工藝方法，選擇出合理的刀具和切削參數(shù)，為銑削此類閥體提供了實踐依據(jù)，具有推廣應用價值，為多工位柔性制造奠定了基礎。

1 閥體內孔精度指標要求

某閥體φ6.2基準孔、錐孔和φ5.8高精度深孔尺寸精度在H6級以內，粗糙度為Ra0.2～0.6,φ6.2為基準孔，φ5.8和錐孔相對于φ6.2同軸度要求為φ0.00X，錐孔跳動為φ0.00X(圖1),材料為不銹鋼。

圖1 某閥體單組內孔示意圖

2 車削此類閥體內孔優(yōu)缺點

(1) 優(yōu)點 車床主軸回轉精度高，空間小，定位精度較高。精度穩(wěn)定，精度好控制，能很好的保證閥體各內孔尺寸精度和形位精度。保證錐孔跳動和表面粗糙度更勝一籌。

(2) 缺點 依賴工裝，需裝夾兩次；內孔精度高，需多把車刀，造成車床刀庫工位不足；工裝定制周期較長、工序較多；不能實現(xiàn)多工位裝夾，一次只能加工一組孔，效率較低。

(3) 此類閥體高精度內孔沒有任何銑削加工實踐，而銑削的裝夾方式靈活，不受專用工裝的限制，在生產(chǎn)效率上有很大優(yōu)勢。鑒于車削內孔的優(yōu)缺點，決定作銑削加工誤差控制試驗。

3 銑削加工試驗

3.1 試切條件

實際加工機床為某立式加工中心，主軸在長度300 mm范圍內徑向跳動0.01 mm，150 mm范圍內徑向跳動0.005 mm。定位精度和重復定位精度分別在0.006 mm以內，根據(jù)閥體內孔精度指標要求，所選用機床理論上滿足加工需求。

3.2 φ6.2孔的加工

3.2.1 銑削策略

φ6.2為內孔的基準孔，圓柱度要求0.004 mm，粗糙度要求Ra0.4。為了驗證螺旋銑孔的精度，采用鉆孔、粗銑孔、螺旋精銑孔的銑削加工工藝，如表1所列。

表1 φ6.2孔銑削策略

3.2.2 結果分析

加工出5件試驗件，測試了精銑時進給量F與φ6.2孔圓柱度和表面粗糙度的關系如圖2所示。

圖2 進給量與圓柱度、粗糙度關系圖

大的進給量對圓柱度和表面粗糙度的影響較大，精加工時的進給量將直接影響到工件的尺寸、形狀和位置精度，進給量越大，將會造成實際運動軌跡與理論軌跡失真。用D5銑刀銑削φ6.2的孔，中心路徑很短，所以進給量不應該太大，通過試驗結果可以選擇合理的進給量F100-F150。

表面粗糙度要求Ra0.4，試驗結果為Ra0.4左右。表面粗糙度值是加工表面殘留量的大小，用立銑刀銑孔的螺距ap值不應太大，否則會造成表面殘留量過大?？紤]加工效率的因素，銑削內孔時選擇螺距ap=1 mm，表面粗糙度滿足要求。

3.3 錐孔的加工

3.3.1 銑削策略

錐孔角度公差為±0.05°，粗糙度為Ra0.4，相對于φ6.2孔的徑向跳動為φ0.00X。采用SR2球刀，基于 CAM軟件編程，用直線插補逼近曲面的方式進行加工，如圖3所示。在CAM軟件中設置曲面加工精度應不低于表面粗糙度值，將曲面精度設為0.0004。前面已經(jīng)驗證了進給對螺旋銑孔的影響，加工錐孔時進給選取F150。

圖3 錐孔螺旋銑示意圖

表2 錐孔銑削策略 /mm

3.3.2 結果分析

錐孔的跳動在形位公差上包括了，相對于φ6.2孔的同軸度和自身的圓度精度。在切削參數(shù)一定的情況下，影響錐孔跳動的主要因素是機床的熱穩(wěn)定性，如圖4所示。

圖4 錐孔跳動在不同時間段的變化

在早上8:00～9:00的時間段內，機床的定位精度[3]處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在精密加工中由于機床熱變形引起的加工誤差可占到總誤差的40%～70%。所以要保證很好的加工精度，加工這些內孔應在機床穩(wěn)定的狀態(tài)下進行。

3.4 φ5.8高精度深孔的加工

3.4.1 銑削策略

φ5.8孔深45 mm，深徑比大于7，屬于高精度深孔。φ5.8相對與φ6.2的同軸度為φ0.00X，表面粗糙度Ra0.8，精加工選擇鏜孔再鉸孔的加工方式。加工φ5.8孔的鏜刀懸深較長，容易產(chǎn)生讓刀的現(xiàn)象，所以給精鏜孔的留量不能大于單邊0.02 mm。為了提高效率和質量的穩(wěn)定性，采用如表3的加工策略。

表3 φ5.8高精度深孔銑削策略

3.4.2 鉆頭的選擇

φ5.8孔較深，既要保證孔的圓柱度和粗糙度，也要一定的穩(wěn)定性，應選擇合理的鉆孔刀具，避免鉆孔誤差太大對孔精度造成影響。選擇直徑為φ5.76的某合金鉆頭對孔進行粗鉆，這樣能很好的保證加長鏜刀的切削用量合理，避免產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象。選擇住友HGS型定制合金鉆頭，此類型鉆頭鉆孔能達到7.7 μm的圓度和Ra0.56的粗糙度，為精加工內孔提供良好條件，如圖5所示。

圖5 住友HGS型合金鉆頭及鉆孔精度

4 試驗結果

此銑削試驗結果滿足閥體內孔精度指標要求，圓柱度、跳動和同軸度精度在0.005 mm以內，如表4展示了規(guī)定精度指標和銑削試驗結果。

表4 精度指標與試驗加工數(shù)據(jù)

5 結 語

基于回轉零件的特性，該類高精度閥體內孔在車床上加工的精度是最穩(wěn)定的。但車削此類內孔不能實現(xiàn)多工位或柔性加工，想要提高加工效率，就得改變傳統(tǒng)加工方式。銑削此類閥體零件可以實現(xiàn)多工位裝夾，并能滿足柔性生產(chǎn)要求，為了適應高效率的生產(chǎn)方式，于是采用銑削的加工方式。

通過銑削試驗研究，梳理出影響加工這些高精度內孔的誤差因素。采用合理銑削工藝策略，提取出合理的刀具和切削參數(shù)，加工精度穩(wěn)定，各項指標均滿足要求。在工藝優(yōu)化和效率提升的大背景下，挖掘機床潛能，改變傳統(tǒng)的加工方式勢在必行。此類閥體高精度內孔銑削加工誤差控制試驗的成功，為高效、高精度銑削此類閥體內孔打下堅實的基礎。