CN113231790A - 伺服机构传动零件精密方孔加工方法 - Google Patents

Abstract

伺服机构传动零件精密方孔加工方法，属于机械加工技术及先进制造技术领域。本发明采用镀前慢走丝一次成型、慢走丝后抛光方孔、镀后等尺寸研磨的工艺方案，最大程度降低对研磨手感及经验的依赖程度，其中慢走丝前数铣留量、慢走丝运行参数、抛光工序用研磨膏及工具、镀后等尺寸研磨研磨膏及工具等方面均进行了固化。该工艺方法成熟可靠，在线及前批次产品均按此进行，实际效果证明，该工艺方法大幅提高生产效率，一次交检合格率大幅提升。

Description

伺服机构传动零件精密方孔加工方法

技术领域

本发明涉及伺服机构传动零件精密方孔加工方法，属于机械加工技术及先 进制造技术领域。

背景技术

伺服机构中有多种传动机构零件，譬如某型号二级活塞杆、拨叉等零件， 为防止传动过程中零件摩擦受损，一般会采用QPQ或渗碳镀硬铬处理方法进 行传动部位(方孔)的保护，镀后方孔尺寸公差在0.01mm级，形位公差在 0.001mm级，结构复杂、精度要求高、加工难度大。

(1)某型号二级活塞杆

如图1，二级活塞杆整体QPQ处理，表面硬度56～64HRC，要求方孔两 端面尺寸20±0.05mm，平行度为0.005mm，表面粗糙度为Ra0.2μm，两端 面与两端外圆垂直度均为0.015mm。两端外圆尺寸为Ф24--0₀..0₀2₄mm，圆柱度均 为0.01mm，表面粗糙度为Ra0.2μm，两端同轴度为Ф0.01mm。

(2)某型号拨叉

如图2，拨叉整体渗碳镀硬铬，硬度大于62HRC，要求细长方孔槽两端 面长30mm，宽度尺寸4₀+0.05mm，厚度尺寸40-0.1mm，长宽比高达8.25：1， 平行度为0.003mm，表面粗糙度为Ra0.2μm，并要求尺寸4++0₀..0₀4₃mm表面镀硬 铬层厚度0.007至0.012mm。

QPQ处理或镀硬铬处理后的表面镀层极不均匀，微观呈凹凸不平形貌，变 化量约在0～0.03mm，同时由上可知QPQ处理或镀硬铬处理后表面硬度均很 高(QPQ处理56～64HRC，镀硬铬处理大于62HRC)，同时无专业设备进行 方孔平面镀覆后加工，一直采用手工加工，镀覆后加工难度大，二级活塞杆QPQ 后方孔两端面平行度0.005mm最难达到，拨叉镀硬铬后方孔两端面平行度0.003mm最难达到。因此，伺服机构精密传动零件的加工重点及难点，则在 于如何保证方孔两端面平行度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了伺服机构传动零 件精密方孔加工方法，摒弃了镀前/镀后多次研磨、制作复杂研磨工装的思路， 而是采用镀前慢走丝一次成型、慢走丝后抛光方孔、镀后等尺寸研磨的工艺方 案，最大程度降低对研磨手感及经验的依赖程度，其中慢走丝前数铣留量、慢 走丝运行参数、抛光工序用研磨膏及工具、镀后等尺寸研磨研磨膏及工具等方 面均进行了固化。该工艺方法成熟可靠，在线及前批次产品均按此进行，实际 效果证明，该工艺方法大幅提高生产效率，一次交检合格率大幅提升。

本发明的技术解决方案是：伺服机构传动零件精密方孔加工方法，包括如 下步骤：

对方孔进行数铣加工，将方孔两端的圆弧凹处加工到图纸要求；

定位装夹找正被加工零件，然后对被加工零件进行慢走丝加工；

对方孔和及其槽表面进行抛光；

等尺寸研磨镀后方孔，完成加工。

进一步地，所述研磨镀后方孔的方法为：制作与方孔尺寸双面各留0.01mm 的间隙的等尺寸研磨条，在研磨条两面涂抹研磨膏对方孔进行手工研磨。

进一步地，所述等尺寸研磨条的厚度为初始制备活塞杆方孔尺寸和拨叉方 孔尺寸的理论中差+0.3mm，正式加工时依据方孔具体尺寸对研磨条进行再次 加工，使研磨条与方孔双面各留0.01mm的间隙。

进一步地，拨叉镀硬铬后等尺寸研磨包括粗研、半精研和精研。

进一步地，所述粗研的方法为：使用第一粗粒研磨膏，方孔两面分别去量 0.005～0.01mm，使方孔两面平行度在0.006～0.01mm内，粗糙度为 Ra0.4～Ra0.8μm；第一粗粒研磨膏为90％金刚石研磨膏W10μm、10％氧化铬 研磨膏W14μm；

所述半精研的方法为：使用第二粗粒研磨膏，使得半精研后方孔两面平行 度在0.003～0.005mm，粗糙度Ra0.2～Ra0.4μm；第二粗粒研磨膏为氧化铬研 磨膏W7μm；

所述精研的方法为：使用极细研磨膏，借助三坐标测量拟合得出方孔平面 局部超差部位，通过一至三次休整，使精研后方孔两面平行度在0.003mm内， 粗糙度优于Ra0.1～Ra0.2μm；极细研磨膏为氧化铬研磨膏W2.5μm。

进一步地，所述借助三坐标测量拟合得出方孔平面局部超差部位的方法包 括如下步骤：三坐标测量方孔平行度时，采集平面上预设间隔的多个点，点数 及位置两面对称均匀分布，检测结果以两面对应点距离的差值为最终平行度。

进一步地，所述活塞杆QPQ后等尺寸研磨的方法与拨叉镀硬铬后等尺寸 研磨中精磨的方法相同。

进一步地，设计要求平行度0.002～0.005mm时对应慢走丝前数铣留量 0.3～0.2mm。

进一步地，所述定位装夹找正被加工零件的方法包括如下步骤：

以活塞杆的两端外圆、拨叉零件的底端面作为定位基准，即以V型铁支撑 夹紧活塞杆两端外圆、磁力吸盘吸紧拨叉零件底面进行定位装夹；

根据设计指标要求，找正活塞杆两端外圆在0.002～0.004mm内，找正拨 叉方孔外部平行面在0.008mm内。

进一步地，所述对零件进行慢走丝加工的方法为一次粗切、二次半精切何 多次精切；所述一次粗切的进给量为0.05～0.06mm，二次半精切每次进给量 0.02～0.03mm，多次精切每次进给量0.005～0.01mm；设置慢走丝加工后塞 杆方孔两面尺寸20₀+0.005mm，拨叉方孔两面尺寸4.04₀+0.005mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过对慢走丝前数铣工艺留量明确规定并固化的技术手段，取 得了为慢走丝线加工方孔达到最优平行度及表面粗糙度准确留量的技术效果。

(2)本发明通过对定位装夹及找正方式明确规定并固化的技术手段，取得 了为慢走丝线加工方孔确定定位装夹及找正的方法的技术效果。

(3)本发明通过对慢走丝加工参数明确规定并固化的技术手段，取得了慢 走丝线加工方孔达到最优方孔平行度及表面粗糙度的技术效果。

(4)本发明通过对镀前抛光使用工具参数明确规定并固化的技术手段，取 得了为方孔表面进行QPQ或镀硬铬处理达到更好质量奠定镀前基础的技术效 果。

(5)本发明通过对QPQ或镀硬铬处理过程注意事项明确规定并固化的技 术手段，取得了为方孔表面进行QPQ或镀硬铬处理达到更好质量奠定过程基 础的技术效果。

(6)本发明通过对等尺寸研磨条的制备明确规定并固化的技术手段，取得 了为方孔表面进行QPQ或镀硬铬处理后等尺寸研磨加工提供操作工具的技术 效果。

(7)本发明通过对拨叉镀硬铬后等尺寸研磨操作明确规定并固化的技术手 段，取得了为方孔表面进行镀硬铬处理后等尺寸研磨加工提供操作方法的技术 效果。

(8)本发明通过对拨叉镀硬铬后等尺寸研磨使用辅料、工具参数明确规定 并固化的技术手段，取得了为方孔表面进行镀硬铬处理后等尺寸研磨加工明确 辅料、工具的技术效果。

(9)本发明通过制作拨叉、活塞杆自检工具的技术手段，取得了对方孔宽 度、平行度及加工一致性的自检更加方便快捷、准确性更高的技术效果。

(10)本发明通过对活塞杆QPQ后等尺寸研磨操作明确规定并固化的技 术手段，取得了为方孔表面进行QPQ处理后等尺寸研磨加工提供操作方法的 技术效果。

(11)本发明通过对工艺方案各个流程的细节内容进行明确规定并固化的 技术手段，取得了形成一套完整成熟的伺服机构传动零件精密方孔加工工艺方 法的技术效果。

附图说明

图1为二级活塞杆示意图；

图2为拨叉示意图；

图3为二级活塞杆等尺寸研磨条示意图；

图4为二级拨叉等尺寸研磨条示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技 术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本 申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情 况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的伺服机构传动零件精密方孔 加工方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～4所示)：慢 走丝前数铣留量(镀前半精加工)-慢走丝精加工(镀前精加工)-镀前抛光-QPQ 或镀硬铬处理-镀后等尺寸研磨(镀后精加工成型)。

在本申请实施例所提供的方案中，包括如下步骤：

S1，慢走丝前数铣工艺留量

慢走丝前数铣加工将方孔非重点部位加工成型，即方孔两端的圆弧凹处加 工到图纸要求，为精度要求高的方孔平行面进行工艺留量。由于慢走丝需要多 次进给才能达到最好的加工效果，慢走丝前数铣留量过小则无法达到最佳效果， 而留量过大则增加进给次数、增加加工时间，通过不断的工艺试验，确定了平 行度在0.005mm精度内的加工留量在0.2～0.3mm内，且精度要求越高，加 工余量应越大。因此，设计要求平行度0.002～0.005mm对应慢走丝前数铣留 量0.3～0.2mm。

S2，慢走丝加工工艺方法

方孔平行度及粗糙度加工质量越好，QPQ或镀硬铬处理后镀层才会越均匀； 镀层越均匀，后序手工研磨才会更省力快捷，才会达到更好的加工效果。之前 采用镀前坐标磨、手工研磨的多次研磨方式，保证镀前方孔平行度及粗糙度。 此加工方法采用镀前慢走丝方式加工成型，极大提升方孔平行度及粗糙度。

(1)首先，需要定位装夹找正被加工零件。定位方面，依据零件设计要求 及结构特征，活塞杆方孔与两端外圆垂直度为0.015mm，拨叉方孔则应按 GB/T1801-f要求位置居中，同时使被加工部位悬空以便于慢走丝加工，找正部 位需露出以便找正，因此，以活塞杆的两端外圆、拨叉零件的底端面作为定位 基准，即以V型铁支撑夹紧活塞杆两端外圆、磁力吸盘吸紧拨叉零件底面进行 定位装夹。找正方面，根据设计指标要求，找正活塞杆两端外圆在0.002～ 0.004mm内，找正拨叉方孔外部平行面在0.008mm内，活塞杆两端外圆及拨 叉方孔外部平行面分别经过外圆磨和平磨进行加工，加工质量好、表面质量高 (Ra0.4μm内)。

(2)定位装夹找正后，对零件进行慢走丝加工。进给量方面，平行度及表 面粗糙度要求极高的零件，采用“一次粗切、二次半精切、多次精切”的加工 流程。“一次粗切”一般进给量为0.05～0.06mm，“二次半精切”每次进给量 0.02～0.03mm，“多次精切”每次进给量0.005～0.01mm。最终达到尺寸。 慢走丝加工工艺尺寸方面，设计要求活塞杆方孔两面尺寸20±0.05mm，拨叉 方孔两面尺寸4₀+0.05mm，分别结合QPQ处理后尺寸单边涨0～0.01mm(统计结果)、镀硬铬厚度处理后尺寸单边涨0.015～0.025mm(工艺要求)，设置 慢走丝加工后塞杆方孔两面尺寸20₀+0.005mm，拨叉方孔两面尺寸4.04₀+0.005mm， 既保证了加工尺寸的一致性(尽可能为镀后尺寸保证加工一致性)，又保证QPQ 或镀硬铬处理后方孔尺寸仍在设计要求公差范围内，同时还为后序返修退镀重 镀留有余量。

通过上述慢走丝加工，可达活塞杆方孔和拨叉方孔平行度均优于0.0025 mm，活塞杆方孔对于两端外圆垂直度优于0.008mm，拨叉方孔中心位置可控 制在中心偏移±0.005mm内。

S3，镀前抛光工艺要求

慢走丝加工完成后，方孔/槽表面会“发乌”，即为慢走丝过程中的氧化膜。 为防止氧化膜对后序QPQ处理或镀硬铬处理造成不必要的影响，需要对方孔/ 槽表面进行抛光。为了不影响慢走丝线切后方孔/槽的各项指标，该工艺方法对 抛光进行了磨料及工具的要求。

该工艺方案对QPQ、镀硬铬处理过程需要注意的地方进行了明确：、

(1)QPQ处理过程要求竖直防止。

(2)镀硬铬处理要求电极分布均匀合理，尽量使镀后镀层均匀，并且要求 严格控制镀层厚度0.02～0.03mm(设计要求0.007～0.012mm)。

S4，镀后等尺寸研磨

虽镀前可保证方孔/槽平行度在0.003mm内，但QPQ处理或镀硬铬处理 后，方孔/槽表面微观必呈现高低不平形貌，三坐标测量之后，活塞杆QPQ后 方孔平行度约在0.004～0.007mm内，拨叉镀硬铬后方槽平行度约在0.009～ 0.013mm内，多在超差范围。因此并必须对镀后研磨进行研究。此前镀后研 磨使用复杂工装或手工单面单次研磨，极易出现“塌边”现象，加工效率低， 加工质量差。而此工艺方案，采用制作等尺寸研磨条，进行等尺寸手工研磨。 等尺寸手工研磨，即为使用与方孔尺寸几乎相等厚度的研磨条(双面各留约0.01 的间隙)，在研磨条两面涂抹研磨膏对方孔进行手工研磨。如此，虽研磨过程略 费力，但说明方孔两面同时接触研磨条并受力，去量均匀，并且不易晃动从而 避免了单边研磨可能产生的“塌边”现象，使零件加工对研磨手感及经验的依 赖程度降到最低。

(1)等尺寸研磨条的制备

如下图所示，对于两种零件，我们制备两种研磨条。除研磨条长度、厚度 不一致外，其它尺寸一致。长度的制定是根据不同零件结构特点、研磨操作者 使用方便进行考虑。等尺寸研磨条的厚度为活塞杆方孔尺寸和拨叉方孔尺寸的 理论中差+0.3mm。由外协单位加工要求不高的研磨条，镀后研磨操作者根据 当前批次零件镀后尺寸自行进行研磨条两面平磨，达到合适尺寸的同时，保证 研磨条工作两面的平行度在0.003mm内。研磨条精修的过程依靠平磨机床自 身精度，操作简单。

(2)拨叉镀硬铬后等尺寸研磨

拨叉镀硬铬要求控制镀层厚度0.02～0.03mm(设计要求0.007～0.012 mm)，根据多批次生产加工经验可知，拨叉镀硬铬后方孔平行度约在0.01～ 0.02mm内，大幅超过超设计要求0.003mm。镀硬铬后微观呈高低凹凸形貌， 且镀层硬度在60HRC以上。因此拨叉镀硬铬后等尺寸研磨分为“粗研、半精 研、精研”，从而达到最终优质结果。

粗研：使用粗粒研磨膏，方孔两面分别去量0.005～0.01mm，目的是为 了去除镀硬铬后方孔平面上的微观高点，方孔两面呈现均匀研磨光泽即可。粗 研后方孔两面平行度约在0.006～0.01mm内，粗糙度优于Ra0.8μm。

半精研：经过粗研，方孔平面基本平整，需要较细研磨膏，对平面进行半 精研磨，大幅提高平行度及粗糙度。半精研后方孔两面平行度约在0.003～ 0.005mm内，粗糙度优于Ra0.4μm。

精研：经过半精研，平行度及粗糙度已很接近设计图样指标，因此精研使 用极细研磨膏，休整方孔两面及提高表面粗糙度，同时借助三坐标测量拟合得 出方孔平面局部超差部位，通过一至三次休整，精研后方孔两面平行度约在 0.003mm内，粗糙度优于Ra0.2μm，达到设计指标要求。

拨叉自检工具，是配合拨叉工作的球头，其以0.001mm为一档制作自检 工具，使用方便快捷，准确性高，对检测细长槽宽度、细长槽两端面平行度、 加工一致性都具有良好的检验效果。

对精研过程三坐标测量辅助加工进行说明：三坐标测量方孔平行度时，采 集平面上较小间隔的多个点(点的密度越大，计量结果越精确)，点数及位置两 面对称均匀分布，检测结果以两面对应点距离的差值为最终平行度，如此，三 坐标测量辅助精研过程，通过找点，可拟合检测出两平面各部位平行度情况， 从而可重点精研部分位置从而达到整体平行度合格，所以通过一至三次休整可 达最终优质结果。

(3)活塞杆QPQ后等尺寸研磨

由生产过程数据统计可知，活塞杆QPQ后方孔平行度约在0.004～ 0.007mm内，略超设计要求0.005mm，QPQ后方孔平面畸变极小，活塞杆 QPQ后等尺寸研磨需单边约去量0.003mm内即可达到图样要求同时并不影响 设计要求QPQ镀层在0.02～0.03mm的要求，因此其等尺寸研磨方法等同于 镀硬铬后等尺寸研磨最后的精磨方法，操作过程直接使用三坐标测量进行辅助 加工即可，不再赘述。

同时制作自检工具，是配合活塞杆工作的轴套，由于活塞杆方孔尺寸及平 行度要求没有拨叉严格，以0.002mm为一档制作自检工具，使用方便快捷， 准确性高，对检测方孔宽度、两端面平行度、加工一致性都具有良好的检验效 果。

五.技术创新点

(1)对慢走丝前数铣工艺留量明确规定并固化。

(2)对定位装夹及找正方式明确规定并固化。

(3)对慢走丝加工参数明确规定并固化。

(4)对镀前抛光使用工具参数明确规定并固化。

(5)对QPQ或镀硬铬处理过程注意事项明确规定并固化。

(6)等尺寸研磨条的制备明确规定并固化

(7)拨叉镀硬铬后等尺寸研磨操作明确规定并固化

(8)拨叉镀硬铬后等尺寸研磨使用辅料、工具参数明确规定并固化

(9)制作拨叉、活塞杆自检工具

(10)活塞杆QPQ后等尺寸研磨操作明确规定并固化

(11)对工艺方案各个流程的细节内容进行明确规定并固化，形成一套完 整成熟的伺服机构传动零件精密方孔加工工艺方法

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申 请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及 其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.伺服机构传动零件精密方孔加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

对方孔进行数铣加工，将方孔两端的圆弧凹处加工到图纸要求；

定位装夹找正被加工零件，然后对被加工零件进行慢走丝加工；

对方孔和及其槽表面进行抛光；

等尺寸研磨镀后方孔，完成加工。

2.根据权利要求1所述的伺服机构传动零件精密方孔加工方法，其特征在于，所述研磨镀后方孔的方法为：制作与方孔尺寸双面各留0.01mm的间隙的等尺寸研磨条，在研磨条两面涂抹研磨膏对方孔进行手工研磨。

3.根据权利要求2所述的伺服机构传动零件精密方孔加工方法，其特征在于：所述等尺寸研磨条的厚度为初始制备活塞杆方孔尺寸和拨叉方孔尺寸的理论中差+0.3mm，正式加工时依据方孔具体尺寸对研磨条进行再次加工，使研磨条与方孔双面各留0.01mm的间隙。

4.根据权利要求3所述的伺服机构传动零件精密方孔加工方法，其特征在于：拨叉镀硬铬后等尺寸研磨包括粗研、半精研和精研。

5.根据权利要求4所述的伺服机构传动零件精密方孔加工方法，其特征在于，所述粗研的方法为：使用第一粗粒研磨膏，方孔两面分别去量0.005～0.01mm，使方孔两面平行度在0.006～0.01mm内，粗糙度为Ra0.4～Ra0.8μm；第一粗粒研磨膏为90％金刚石研磨膏W10μm、10％氧化铬研磨膏W14μm；

所述半精研的方法为：使用第二粗粒研磨膏，使得半精研后方孔两面平行度在0.003～0.005mm，粗糙度Ra0.2～Ra0.4μm；第二粗粒研磨膏为氧化铬研磨膏W7μm；

所述精研的方法为：使用极细研磨膏，借助三坐标测量拟合得出方孔平面局部超差部位，通过一至三次休整，使精研后方孔两面平行度在0.003mm内，粗糙度优于Ra0.1～Ra0.2μm；极细研磨膏为氧化铬研磨膏W2.5μm。

6.根据权利要求5所述的伺服机构传动零件精密方孔加工方法，其特征在于，所述借助三坐标测量拟合得出方孔平面局部超差部位的方法包括如下步骤：三坐标测量方孔平行度时，采集平面上预设间隔的多个点，点数及位置两面对称均匀分布，检测结果以两面对应点距离的差值为最终平行度。

7.根据权利要求3所述的伺服机构传动零件精密方孔加工方法，其特征在于：所述活塞杆QPQ后等尺寸研磨的方法与拨叉镀硬铬后等尺寸研磨中精磨的方法相同。

8.根据权利要求1所述的伺服机构传动零件精密方孔加工方法，其特征在于：设计要求平行度0.002～0.005mm时对应慢走丝前数铣留量0.3～0.2mm。

9.根据权利要求1所述的伺服机构传动零件精密方孔加工方法，其特征在于，所述定位装夹找正被加工零件的方法包括如下步骤：

以活塞杆的两端外圆、拨叉零件的底端面作为定位基准，即以V型铁支撑夹紧活塞杆两端外圆、磁力吸盘吸紧拨叉零件底面进行定位装夹；

根据设计指标要求，找正活塞杆两端外圆在0.002～0.004mm内，找正拨叉方孔外部平行面在0.008mm内。

10.根据权利要求1所述的伺服机构传动零件精密方孔加工方法，其特征在于：所述对零件进行慢走丝加工的方法为一次粗切、二次半精切何多次精切；所述一次粗切的进给量为0.05～0.06mm，二次半精切每次进给量0.02～0.03mm，多次精切每次进给量0.005～0.01mm；设置慢走丝加工后塞杆方孔两面尺寸

拨叉方孔两面尺寸

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