CN110666450B - 一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，设计工艺凸台解决了异型轴零件加工时不平衡造成的零件加工质量差的问题，改善了异型轴的加工中定位装夹难的问题；通过两次半精加工安排，解决了高精度异型长轴类零件加工余量大、加工变形难控制的难题；精加工采取加工余量递减方式进行分段加工，解决了高精度异型长轴类零件精度要求高、结构刚性差、加工质量差的难题；三次热处理工序充分释放加工应力，减少零件的变形；两次热处理去应力工序减少零件的变形。既提高了加工效率，又保证了加工精度，不仅提高了生产率，又降低了加工成本。

Description

一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法

技术领域

本发明属于零件加工技术领域，具体涉及一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法。

背景技术

用高精度异型长轴类零件制作的结构件，已经广泛应用于观察搜索瞄准镜领域。零件质量的好坏直接影响观察搜索瞄准镜的精确度。

高精度异型长轴类零件具有以下特点：

（1）零件调质处理后，变形大，精度难以保证：由于零件长，中部有圆孔、方孔，造成零件刚性差，调质处理后零件变形大，精度难以保证；

（2）加工余量大，零件变形严重：由于零件两端的轴较细，中间两个长方体的体积较大，零件去除材料多，加工变形非常严重；

（3）加工易变形：零件属于细长轴类，结构刚性差，每一次切削加工由于应力释放，造成零件变形，影响零件尺寸精度及形位公差；中部异型结构，与中心轴线不对称，零件加工时，离心力造成零件加工后尺寸超差严重，造成零件报废；

（4）装夹定位困难：由于零件的两端为阶梯轴，中间却为中空的长方体结构，造成零件加工时装夹困难；

（5）零件结构限制，普通设备无法进行加工：由于零件的中部有一个偏心斜面，斜面上带有3处直径Φ40mm，且以不同角度相交的孔，长方体相邻的两边分别为不规则的长方体和圆柱体，装夹不便；若利用两端轴进行装夹，由于轴较细又相距较远，加工成形后零件的变形较大，精度不易保证；

（6）精度要求高：零件要求各阶梯轴（轴径分别为Φ9h6 mm、Φ12h6 mm、Φ54g6 mm和Φ11g6 mm、Φ12k6 mm、Φ18h6 mm）对两端中心孔的同轴度为Φ0.02mm；各轴的端面对轴的中心孔的垂直度为0.01mm；带孔的长方体（58mm×71mm×38.5mm）端面对轴的中心孔的平行度为0.01mm；带R25半圆型斜面长方体的凸台面(50mm×30mm)，对轴的中心孔的平行度为0.03mm。

由于上述原因造成零件加工后变形非常大，完工后尺寸不稳定，形位公差难保证，完工零件的合格率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，结合高精度异型长轴零件的加工特点，对高精度异型长轴零件结构进行定性的分析，保质保量的加工出合格零件。

本发明的目的是这样实现的，一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，包括以下步骤：

步骤1）以零件两端轴线为零件的重心，计算出轴异型部位的偏心，并根据零件的材料及结构设计相应的与之相平衡的工艺凸台；

步骤2）零件粗加工阶段：车削外圆、阶梯轴及中部直径；

粗铣外形、异型部位及工艺凸台，根据精度要求留加工余量1.5-1.8mm；

步骤3）零件热处理调质；

步骤4）第一次零件半精加工阶段：车削各阶梯轴，留加工余量0.8mm，加工两端中心孔，使各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.05mm；

铣削中部形状、异型部位及工艺凸台，根据精度要求留加工余量0.5-0.8mm；

步骤5）零件去加工应力；

步骤6）第二次零件半精加工阶段：车削各阶梯轴，留加工余量0.3mm，各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.04mm；

铣削中部形状、异型部位及工艺凸台，根据精度要求留加工余量0-0.3mm；

步骤7）零件去加工应力；

步骤8）零件精加工阶段：精车轴，精铣面，磨削轴，磨削面，线切割去掉工艺凸台，完成零件加工。

步骤2）中车削外圆，阶梯轴时以阶梯轴的最大直径为统一轴径，中部直径按中部形状尺寸进行车削。

步骤3）中热处理调质过程为：淬火后回火。

步骤5）和步骤7）均采用热处理去加工应力。

步骤6）中异型部位的加工采用慢走丝机床并利用四轴联动功能，完成斜面加工及相交孔的加工。

步骤8）采取加工余量递减的分阶段加工，第一阶段由车削设备和铣削设备完成，第二阶段为磨削。

步骤8）的具体过程为：

车削各阶梯轴，留加工余量0.1mm，各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.03mm；铣削中部平面；磨削各阶梯轴，使各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.02mm；磨削中部平面，达到产品图要求的平行度0.01mm；攻丝，线切割去掉工艺凸台，完成零件加工。

步骤5）和步骤7）中热处理去应力时的加热温度和保温时间不同，其中，步骤5）中的加热温度高于步骤7），步骤5）中的保温时间比步骤7）短。

工艺凸台按理论值进行加工后，在检测设备上，以中心孔为回转中心检测工艺凸台的动平衡性，根据需要对工艺凸台进行修正。

铣削中部平面时，对有精度要求的面留加工余量0.1mm、平行度0.03mm。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，通过对高精度异型长轴零件结构进行定性的分析，结合高精度异型长轴零件的加工特点，保质保量的加工出合格零件，为今后此类零件的加工提供重要的技术参考和依据，具体如下：

1. 以两端轴线为零件的重心，计算出轴异型部位的偏心，并设计相应的工艺凸台与之相平衡，解决了异型轴零件加工时不平衡造成的零件加工质量差的问题；

2. 工艺凸台的设计，改善了异型轴加工中定位装夹难的问题；

3. 两次半精加工安排，解决了高精度异型长轴类零件加工余量大、加工变形难控制的难题；

4. 精加工采取加工余量递减方式进行分段加工，解决了高精度异型部位长轴类零件精度要求高、结构刚性差、加工质量差的难题；

5. 三次热处理工序安排，突破了传统热处理工序的安排，充分释放加工应力，减少零件的变形；

6. 两次热处理去应力工序加热温度及保温时间的不同，很好控制了热处理工序中热应力的产生，进一步减少零件的变形；

7. 采用切削力较小的慢走丝机床，并利用四轴联动功能，完成斜面加工及相交孔的加工。从而解决了零件中部处直径Φ40mm，且不同角度相交的孔，加工时装夹不便及加工成形后零件变形较大的问题。

8. 精加工分阶段加工时，先采用效率较高的普通设备进行加工，再采用高精度设备进行加工，既提高了加工效率，又保证了加工精度，不仅提高了生产率，又降低了加工成本。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，作详细说明如下。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

现介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，包括以下步骤：

步骤1）以零件两端轴线为零件的重心，计算出轴异型部位的偏心，并根据零件的材料及结构设计相应的与之相平衡的工艺凸台；

步骤2）零件粗加工阶段：车削外圆、阶梯轴及中部直径；

粗铣外形、异型部位及工艺凸台，根据精度要求留加工余量1.5-1.8mm；

步骤3）零件热处理调质；

步骤4）第一次零件半精加工阶段：车削各阶梯轴，留加工余量0.8mm，加工两端中心孔，使各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.05mm；

铣削中部形状、异型部位及工艺凸台，根据精度要求留加工余量0.5-0.8mm；其中，工艺凸台按理论值进行加工后，在检测设备上，以中心孔为回转中心检测工艺凸台的动平衡性，根据需要对工艺凸台进行修正；

步骤5）零件去加工应力；

步骤6）第二次零件半精加工阶段：车削各阶梯轴，留加工余量0.3mm，各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.04mm；

铣削中部形状、异型部位及工艺凸台，根据精度要求留加工余量0-0.3mm；

步骤7）零件去加工应力；

步骤8）零件精加工阶段：精车轴，精铣面，磨削轴，磨削面，线切割去掉工艺凸台，完成零件加工。

实施例2：

本实施例提供了一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，包括以下步骤：

步骤1）以零件两端轴线为零件的重心，计算出轴异型部位的偏心，并根据零件的材料及结构设计相应的与之相平衡的工艺凸台；

步骤2）零件粗加工阶段：粗车轴及中部外形、粗铣外形及异型部位及工艺凸台，形状初步形成，精度要求高的面留加工余量1.8mm（工序余量分别为1mm、0.5mm、0.3mm），精度要求较低的中部一些形状留加工余量1.5mm（工序余量分别为1mm、0.5mm）；

步骤3）热处理调质；

步骤4）第一次零件半精加工阶段：精加工零件两端面至产品图要求，半精车轴及中部外形、车阶梯轴、半精铣中间形状、异型部位及工艺凸台，加工两端中心孔，精度要求高的面留加工余量0.8mm（工序余量分别为0.5mm、0.3mm），精度要求较低的中部一些形状留加工余量0.5mm；

步骤5）热处理去加工应力；

步骤6）第二次零件半精加工阶段：修研两端中心孔，零件半精加工，半精车轴，精加工中部形状、异型部位及工艺凸台，精度要求高的部位留加工余量0.3mm，精度要求较低的中部一些形状加工至产品图要求；

步骤7）热处理去加工应力；

步骤8））修研两端中心孔，零件精加工，精车轴，精铣面，磨削轴，磨削面。

本发明原理如下：

步骤1）工艺凸台按零件的材料及结构、以及解决零件动平衡和装夹定位方面进行设计；

步骤2）零件粗加工阶段，此时的阶梯轴不成形，以阶梯轴的最大直径为统一轴径，目的是防止调质时轴的大小径差距过大，零件变形严重；

步骤3）零件热处理调质，为了改善零件材料的切削性能；

步骤4）第一次半精加工阶段，阶梯轴成形（此为阶梯轴粗加工），加工两端中心孔（做为定位），中部形状及异型部位半精加工；工艺凸台按理论值进行加工后，在检测设备上，以中心孔为回转中心检测工艺凸台的动平衡性，根据需要对工艺凸台进行修正；

步骤5）热处理去应力，释放零件的加工应力，减少切削变形；

步骤6）第二次半精加工阶段，修研两端中心孔，有精度要求的部位为半精加工，中部形状及异型部位精加工至产品图要求。由于后续加工部位的加工余量少，加工引起的变形量小，故精度要求低的部位全部加工至产品图要求，异型部位的加工采用切削力较小的慢走丝机床并利用四轴联动功能，完成斜面加工及相交孔的加工；工艺凸台按理论值进行加工后，在检测设备上，以中心孔为回转中心检测工艺凸台的动平衡性，根据需要对工艺凸台进行修正；

步骤7）热处理去应力，释放零件的加工应力，减少切削变形。由于上道工序零件的加工余量相对减少，零件的加工变形量相对减小，此时降低加热温度、延长保温时间，既保证了加工应力的充分释放，又防止热应力的产生；

步骤8）精加工阶段，修研两端中心孔，此阶段的加工采取加工余量递减的分阶段加工，第一阶段由车削设备和铣削设备完成，目的是消除零件变形、提高加工效率，各面留加工余量0.1mm；第二阶段，磨削达到产品图要求；在磨削平面时，由于工艺凸台的设计，解决磨削时装夹定位难的问题。线切割去掉工艺凸台。

实施例3：

本实施例提供了一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，包括以下步骤：

步骤1）零件材料为40Cr，根据材料的密度，按中部异型部位的结构设计出工艺凸台，与之相平衡；

步骤2）粗加工阶段：零件毛坯为棒料。首先，车削外圆，阶梯轴按最大直径统一车削成Ф21.6mm，中部车削直径按中部形状尺寸进行车削；其次，铣削中部、异型部位及工艺凸台，形状初步形成，精度要求高的面留加工余量1.8mm，精度要求较低的中部一些形状留加工余量1.5mm；

步骤3）热处理调质，淬火（加热温度为（850±10）℃、零件到温后保温（60～80）min，冷却介质：油；回火（加热温度为（560±30）℃、设备到温后保温（100～120）min，冷却介质：油；

步骤4）半精加工阶段：车削各阶梯轴，留加工余量0.8mm，加工两端中心孔，要求各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.05mm；铣削中部形状、异型部位及工艺凸台，精度要求高的面留加工余量0.8mm，精度要求较低的中部一些形状留加工余量0.5mm；

步骤5）热处理去加工应力，加热温度为（450±20）℃、保温（3～4）h，随炉冷至≤250℃，出炉空冷；

步骤6）半精加工阶段：车削各阶梯轴，留加工余量0.3mm，要求各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.04mm；铣削中部形状、异型部位及工艺凸台，精度要求高的面留加工余量0.3mm、平行度0.05mm，精度要求较低的中部一些形状加工至产品图要求；慢走丝切割中部3处直径Φ40mm，且不同角度相交的孔达产品图要求；零件的螺纹底孔加工至完工尺寸；检查轴的平衡性，对工艺凸台进行相应的修正；

步骤7）热处理去加工应力，加热温度为（280±20）℃、保温（4～6）h，随炉冷至≤150℃，出炉空冷；

步骤8) 精加工阶段：车削各阶梯轴，留加工余量0.1mm，要求各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.03mm；铣削中部精度要求高的面留加工余量0.1mm、平行度0.03mm；磨削各阶梯轴，达到产品图要求的各轴对两端中心孔的同轴度Φ0.02mm；磨削中部平面，达到产品图要求的平行度0.01mm；线切割去掉工艺凸台，攻丝，完成零件加工。

本发明为同类型结构的零件提供了可借鉴的工艺方法。

综上所述，本发明设计工艺凸台解决了异型轴零件加工时不平衡造成的零件加工质量差的问题，改善了异型轴的加工中定位装夹难的问题；通过两次半精加工安排，解决了高精度异型长轴类零件加工余量大、加工变形难控制的难题；精加工采取加工余量递减方式进行分段加工，解决了高精度异型长轴类零件精度要求高、结构刚性差、加工质量差的难题；三次热处理工序安排，突破了传统热处理工序的安排，充分释放加工应力，减少零件的变形；两次热处理去应力工序加热温度及保温时间的不同，很好控制了热处理工序中热应力的产生，进一步减少零件的变形；采用切削力较小的慢走丝机床，并利用四轴联动功能，完成斜面加工及相交孔的加工，从而解决了零件中部处直径Φ40mm，且不同角度相交的孔，加工时装夹不便及加工成形后零件变形较大的问题；精加工分阶段加工时，先采用效率较高的普通设备进行加工，再采用高精度设备进行加工，既提高了加工效率，又保证了加工精度，不仅提高了生产率，又降低了加工成本。

相同类型不同材质的异型轴类零件可根据其结构和材质，计算出偏心量，设计相应的工艺凸台，采用相类似的工艺流程，完成零件的加工，为同类型结构的零件提供了可借鉴的工艺方法。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）以零件两端轴线为零件的重心，计算出轴异型部位的偏心，并根据零件的材料及结构设计相应的与之相平衡的工艺凸台；

步骤2）零件粗加工阶段：车削外圆、阶梯轴及中部直径；

粗铣外形、异型部位及工艺凸台，根据精度要求留加工余量1.5-1.8mm；

步骤3）零件热处理调质；

步骤4）第一次零件半精加工阶段：车削各阶梯轴，留加工余量0.8mm，加工两端中心孔，使各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.05mm；

铣削中部形状、异型部位及工艺凸台，根据精度要求留加工余量0.5-0.8mm；

步骤5）零件去加工应力；

步骤6）第二次零件半精加工阶段：车削各阶梯轴，留加工余量0.3mm，各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.04mm；

铣削中部形状、异型部位及工艺凸台，根据精度要求留加工余量0-0.3mm；

步骤7）零件去加工应力；

步骤8）零件精加工阶段：精车轴，精铣面，磨削轴，磨削面，线切割去掉工艺凸台，完成零件加工。

2.根据权利要求1所述的一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，其特征在于：步骤2）中车削外圆、阶梯轴时以阶梯轴的最大直径为统一轴径，中部直径按中部形状尺寸进行车削。

3.根据权利要求1所述的一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，其特征在于：步骤5）和步骤7）均采用热处理去加工应力。

4.根据权利要求1所述的一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，其特征在于：步骤6）中异型部位的加工采用慢走丝机床并利用四轴联动功能，完成斜面加工及相交孔的加工。

5.根据权利要求1所述的一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，其特征在于：步骤8）采取加工余量递减的分阶段加工，第一阶段由车削设备和铣削设备完成，第二阶段为磨削。

6.根据权利要求1所述的一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，其特征在于，步骤8）的具体过程为：

车削各阶梯轴，留加工余量0.1mm，各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.03mm；铣削中部平面；磨削各阶梯轴，使各轴对两端中心孔的同轴度为Φ0.02mm；磨削中部平面，达到产品图要求的平行度0.01mm；攻丝，线切割去掉工艺凸台，完成零件加工。

7.根据权利要求3所述的一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，其特征在于：步骤5）和步骤7）中热处理去应力时的加热温度和保温时间不同，其中，步骤5）中的加热温度高于步骤7），步骤5）中的保温时间比步骤7）短。

8.根据权利要求5所述的一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，其特征在于：步骤4）和步骤6）中工艺凸台按理论值进行加工后，在检测设备上，以中心孔为回转中心检测异型轴的动平衡性，根据需要对工艺凸台进行修正。

9.根据权利要求6所述的一种解决高精度异型长轴类零件加工质量的加工方法，其特征在于：铣削中部平面时，对有精度要求的面留加工余量0.1mm、平行度0.03mm。