CN107511642A - 一种低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法 - Google Patents

一种低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法 Download PDF

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李伟刚
孙攀攀
张文明
刘明
李迎春
张平鑫
柳万祥
袁志睿
陈建新
张拥军
兰起洪
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass

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Abstract

本发明涉及一种设计了此类零件加工工艺规程、制作了适合此类零件加工的工装，通过合理的工艺路线和特殊设计的工装装夹，可以有效提高加工效率、加工质量、成品率，提升机械制造企业对低刚性断续切削精密回转类零件的加工水平。本发明适用于所有具有类似结构特征的所有光电雷达类产品的低刚性断续切削精密回转类零件加工。

Description

一种低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法
技术领域
本发明涉及一种低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法
背景技术
航空结构组件中经常要用到精密回转类零件，主要在航空结构件中用于精密轴系零件的安装配合，其与轴承配合处间隙一般在0.005mm以内，内外径圆柱度、同轴度、轴承安装面垂直度、平面度，衬套安装面垂直度、平面度精度都在IT5～IT6级；由于航空类产品轻量化设计的要求，本材料为钛合金ZTC4，此类零件壁厚较薄，径向刚性较差，在精密数控车床上加工时，夹紧力往往较大，在装夹时就容易造成零件变形，同时二次装夹容易造成重复误差大，在精加工车削时尺寸公差，形位公差要求高且大部分为断续加工，精度难以保证。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法，设计此类零件的加工工艺方法、轴向装夹工装、切削参数等实现对此类低刚性断续切削精密回转类零件的多工位装夹加工。
技术方案
一种低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、粗车工序：以外圆、内孔和端面单边留1mm余量，车回转类零件的外圆和内孔，按照所加工材料的退火标准进行去应力退火热处理，去除粗加工阶段产生的残余应力；
步骤2、第一次半精车：采用数控进行，以三爪卡盘装夹，车所有外圆、内孔和端面单边留0.5mm余量；
步骤3、粗铣：以三爪卡盘装夹铣所有缺口、凹槽，留1mm余量；然后按照所加工材料的退火标准进行真空退火热处理，进行尺寸稳定化处理，去除半精加工阶段产生的残余应力；
步骤4、第二次半精车：采用数控进行时无形位公差的尺寸加工到尺寸，有形位公差的尺寸留0.2mm余量；然后按照所加工材料的退火标准进行高低温时效热处理，进行尺寸稳定化处理，去除半精加工阶段产生的残余应力；
步骤5：数控铣铣削缺口凹槽到尺寸，点、钻孔、螺纹孔到尺寸，内凸台底面留0.2mm余量；
步骤6：钳工去毛刺，攻螺纹；
步骤7：磨左右端面到尺寸，保证两端面平面度和平行度，作为后续工装装夹基准；
步骤8：将被加工零件的一端与专用工装装夹，采用轴向受力方式夹紧(消除径向夹紧力引起变形)，精车所有外圆、内孔，端面槽到尺寸；加工完成后，同样方式加工另一端；
所述工装结构为阶梯轴式结构，大径端的直径小于被加工零件接触端直径2mm，小径端为机床加工时的夹持端；
步骤9：数控铣铣削内凸台底面到尺寸；
步骤10：钳工去所有毛刺后进行表面处理。
所述步骤8精车时，使用工装前，车去工件定位面0.1mm，上千分表观察定位面端跳在0.005mm以内才能进行后续加工。
所述步骤9为断续切削。
所述工装采用45号钢。
有益效果
本发明提出的一种低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法，设计了此类零件加工工艺规程、制作了适合此类零件加工的工装，通过合理的工艺路线和特殊设计的工装装夹，可以有效提高加工效率、加工质量、成品率，提升机械制造企业对低刚性断续切削精密回转类零件的加工水平。本发明适用于所有具有类似结构特征的所有光电雷达类产品的低刚性断续切削精密回转类零件加工。
附图说明
图1：精密回转类零件结构图
a：右端面；b：左端面；C-端面基准；A-内孔圆柱面基准；
图2：轴向受力方式拉紧零件左端面加工
a：右端面装夹工装；b：右端面装夹示意图；
图3：轴向受力方式拉紧零件右端面加工
a：左端面装夹工装；b：左端面装夹示意图；
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明的技术方案为：
1)设计加工工艺流程为：料---车(粗车)---热---数控车(半精车1)---数控铣---热---数控车(半精车2)---数控铣---热---钳---磨---数控车(精车)---数控铣(精铣)---钳---表。
2)具体要求如下：
(1)粗车工序为车外圆和内孔，所有外圆、内孔和端面单边留1mm余量；
(2)粗加工之后，进行去应力退火热处理，去除粗加工阶段产生的残余应力；
(3)半精车1时，三爪卡盘装夹，车所有外圆、内孔和端面单边留0.5mm余量；
(4)粗铣，三爪卡盘装夹，铣所有缺口、凹槽留1mm余量；
(5)半精加工1之后，进行真空退火热处理，进行尺寸稳定化处理，去除半精加工阶段产生的残余应力；
(6)半精车2时无形位公差的尺寸加工到尺寸，有形位公差的尺寸留0.2mm余量；
(7)半精加工2之后，进行高低温时效热处理，进行尺寸稳定化处理，去除半精加工阶段产生的残余应力；
(8)数控铣铣削缺口凹槽到尺寸，点、钻孔、螺纹孔到尺寸，内凸台底面留0.2mm余量。
(9)钳工去毛刺，攻螺纹。
(10)磨左右端面到尺寸，保证两端面平面度和平行度，作为后续工装装夹基准；
(11)专用工装装夹，采用轴向受力方式夹紧(消除径向夹紧力引起变形)，精车所有外圆、内孔，端面槽到尺寸。
(12)数控铣铣削内凸台底面到尺寸。
(13)钳工去所有毛刺。
(14)表面处理。
所述(11)以及(12)精加工车削具体流程如下：
1、本工件左右工装，采用45号钢；在每次使用前，车去工件定位面0.1mm，上千分表观察定位面端跳在0.005mm以内才能进行后续加工。
2、本工件最大直径左端最小直径右端最小直径在精加工前要保证工件左右定位面平面度0.005mm，精加工图2时使用螺钉从工装后半拉紧工件，千分表找正A基准，然后螺钉采用对称拉紧，上紧过程中观察C基准端面受力的变形量。精加工图3时，找正A基准为0.005mm，螺钉采用对称拉紧。此种夹紧方式有效消除径向夹紧力引起变形，从工装夹紧方面提高零件加工精度。
3、为保证左右面相关形位公差在加工方法上，右工位车削时使用正反车刀，及正反镗刀把大部分尺寸全部干到，左工位只加工两个内孔及相关端面，减少重复定位误差与测量难度，优化工位加工内容，提高零件加工精度。
4.本工件大部分精度尺寸加工为断续切削，经反复试验，切削参数选择：ap≦0.05mm，f≦0.04mm/min，线速度10m/min≦Vc≦20m/min。刀具前角大且锋利，减小切削时切削力引起的变形。在考虑加工经济性的前提下，保证零件加工精度。
5、在本零件加工过程中，车间恒温22℃。根据机床内的温度计，切削液温度计显示对比，连续加工3h以上，机床及切削液温度基本上达到近40℃。工件加工完成后，需根据钛合金热膨胀系数及温差计算变形量，不过在特定的形状及切削力的影响下，理论值与实际值偏差大，热胀冷缩大至会影响0.02mm左右，已经超出工件大部分尺寸公差范围；为解决因温度产生的影响，通过在加工过程中降温的办法，观察机床内温度及切削液温度超过25℃时，及时暂停加工散热，保持加工温度在25℃以下。
据实际应用能有效的解决因温度造成的精度偏差。
6、小切削量加工时，容易产生冷加工硬化，工件完成后造成尺寸不稳定，导致工件超差，经过一段时间观察验证，保证加工时刀尖保持刀尖锋利，每加工三个零件进行刀片更换，减少冷加工硬化的产生。
7、精加工前及时更换新的切削液，调配切削液浓度，有效降低切削温度，减少刀具磨损，延长刀具寿命，提高工件表面质量。

Claims (4)

1.一种低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、粗车工序：以外圆、内孔和端面单边留1mm余量，车回转类零件的外圆和内孔，按照所加工材料的退火标准进行去应力退火热处理，去除粗加工阶段产生的残余应力；
步骤2、第一次半精车：采用数控进行，以三爪卡盘装夹，车所有外圆、内孔和端面单边留0.5mm余量；
步骤3、粗铣：以三爪卡盘装夹铣所有缺口、凹槽，留1mm余量；然后按照所加工材料的退火标准进行真空退火热处理，进行尺寸稳定化处理，去除半精加工阶段产生的残余应力；
步骤4、第二次半精车：采用数控进行时无形位公差的尺寸加工到尺寸，有形位公差的尺寸留0.2mm余量；然后按照所加工材料的退火标准进行高低温时效热处理，进行尺寸稳定化处理，去除半精加工阶段产生的残余应力；
步骤5：数控铣铣削缺口凹槽到尺寸，点、钻孔、螺纹孔到尺寸，内凸台底面留0.2mm余量；
步骤6：钳工去毛刺，攻螺纹；
步骤7：磨左右端面到尺寸，保证两端面平面度和平行度，作为后续工装装夹基准；
步骤8：将被加工零件的一端与专用工装装夹，采用轴向受力方式夹紧，精车所有外圆、内孔，端面槽到尺寸；加工完成后，同样方式加工另一端；
所述工装结构为阶梯轴式结构，大径端的直径小于被加工零件接触端直径2mm，小径端为机床加工时的夹持端；
步骤9：数控铣铣削内凸台底面到尺寸；
步骤10：钳工去所有毛刺后进行表面处理。
2.根据权利要求1所述低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法，其特征在于：
所述步骤8精车时，使用工装前，车去工件定位面0.1mm，上千分表观察定位面端跳在0.005mm以内才能进行后续加工。
3.根据权利要求1所述低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法，其特征在于：
所述步骤9为断续切削。
4.根据权利要求1所述低刚性断续切削精密回转类零件的数控加工方法，其特征在于：
所述工装采用45号钢。
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