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閥體是推進(jìn)自鎖閥產(chǎn)品中的核心功能零件，一般由兩種材料、七段單個(gè)零件通過(guò)電子束焊接后再進(jìn)行精密車削加工，屬于薄壁件，精度要求高，加工難度大。以前一直由手動(dòng)車削加工，手動(dòng)車床需要多次裝夾加工，存在加工效率低、尺寸一致性差等缺點(diǎn)。隨著十二五期間任務(wù)需求量的增加，并考慮到該產(chǎn)品工藝穩(wěn)定性、產(chǎn)品可靠性等問(wèn)題，認(rèn)為實(shí)現(xiàn)該零件的數(shù)控化加工迫在眉睫，在多刀位的精密數(shù)控機(jī)床上，可通過(guò)一次裝夾完成切外圓、內(nèi)槽及螺紋等幾個(gè)加工工序，以精密數(shù)控車削代替手動(dòng)車削加工，可以提高加工效率和質(zhì)量，縮短加工周期。

1.閥體特點(diǎn)

（1）材料特點(diǎn)：閥體是由軟磁合金1J36或GYJ13與不銹鋼1Cr18Ni9Ti兩種材料電子束焊接在一起后再進(jìn)行機(jī)械加工，其中軟磁合金與不銹鋼都屬于難加工材料，會(huì)嚴(yán)重降低刀具使用壽命。軟磁合金材料粘，車削時(shí)易產(chǎn)生積屑瘤，硬度不高，不易提高表面粗糙度質(zhì)量。不銹鋼材料加工時(shí)不易斷屑，刀具需有斷屑槽。

（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要精度要求：如圖1、2所示，零件由兩種材料7小段通過(guò)電子束焊接而成后再進(jìn)行車削成形，屬于薄壁件，***薄處壁厚0.8mm，內(nèi)孔尺寸Φ14.2 +0.0270mm（長(zhǎng)L=62mm）為關(guān)鍵尺寸，同時(shí)也是零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，兩端內(nèi)孔、Ф22+0.050mm及Φ23+0.050mm對(duì)基準(zhǔn)有同軸度要求，需小于0.03mm。

2.閥體精密數(shù)控車削加工難點(diǎn)及解決措施

閥體零件屬于薄壁難加工零件，根據(jù)零件材料及結(jié)構(gòu)精度要求分析，數(shù)控車削存在以下幾方面難點(diǎn)問(wèn)題：

（1）零件壁薄，剛性差，加工中振動(dòng)變形問(wèn)題。難點(diǎn)：閥體是由兩種材料單個(gè)7個(gè)零件電子束焊接在一起的，焊接后受熱變形等影響，各零件同軸度在0.2mm左右，其中三段內(nèi)環(huán)槽單邊壁厚只有0.8mm,為薄壁加工，剛性差，加工易變形，原手動(dòng)加工中為防止擺動(dòng)及振動(dòng)變形，使用的是一夾一頂方式加工外圓，但現(xiàn)有精密數(shù)控機(jī)床尾座******力度不可控，頂持力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致零件變形，另外加上******后Z軸行程縮短，刀塔刀位旋轉(zhuǎn)受限，起不到精密數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)，影響加工效率。

措施：為了解決加工中零件擺動(dòng)及振動(dòng)變形問(wèn)題，并考慮到現(xiàn)有精密數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)，設(shè)計(jì)心軸工裝進(jìn)行防振，以增加零件剛性，減少加工振動(dòng)變形，如圖3、4所示，心軸具體使用要求有如下幾點(diǎn)：①心軸材質(zhì)使用45號(hào)鋼，這樣具有一定的硬力及拉伸力。②心軸上下二端采用橡膠墊，可以有效地減少加工過(guò)程中地刀具切削力的影響。③心軸螺栓與螺母采用左旋螺紋，這樣加工中不會(huì)因主軸正轉(zhuǎn)產(chǎn)生松動(dòng)而發(fā)生心軸脫離危險(xiǎn)。

效果：通過(guò)對(duì)閥體零件心軸工裝胎具的使用，提高了加工剛性，解決了零件振動(dòng)變形問(wèn)題，經(jīng)測(cè)量外圓及內(nèi)環(huán)槽薄壁沒(méi)有發(fā)生變形，外圓圓度公差在0.003mm以內(nèi)。

（2）零件裝夾用三爪卡盤(pán)設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：手動(dòng)精密加工中一直采用開(kāi)口胎具抱緊閥體外圓φ30mm加工內(nèi)孔的方法，來(lái)保證內(nèi)孔尺寸及同軸度要求，但是閥體在精車加工右端面內(nèi)孔時(shí)，因?yàn)樽蠖送鈴匠叽绂?3mm，而開(kāi)口胎具夾緊閥體外圓直徑尺寸為φ30mm，所以開(kāi)口胎具必須拿下來(lái)，安裝好閥體后，再由三爪卡盤(pán)夾緊開(kāi)口胎具，千分表打表找正閥體右端外圓同軸度0.02mm以內(nèi)，再進(jìn)行精車右端內(nèi)孔。這種方法經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)夾緊力度不一，需要重復(fù)裝夾開(kāi)口胎具，再次千分表打表找正這一問(wèn)題。現(xiàn)在由于批量較大，數(shù)量是以前的3倍，數(shù)控加工如果還使用開(kāi)口胎抱緊外圓加工，這樣就需要二次裝夾，會(huì)極大地降低閥體加工效率，起不到數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)，原開(kāi)口胎具如圖5所示。

措施：考慮到開(kāi)口胎具使用中的實(shí)際問(wèn)題，結(jié)合自己多年加工經(jīng)驗(yàn)，充分利用現(xiàn)有資源，對(duì)三爪卡盤(pán)卡爪進(jìn)行改造，自行設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)卡爪，使卡爪具有開(kāi)口胎具包容性的同時(shí)只采用一次裝夾就可以進(jìn)行精車右端內(nèi)孔，具體如圖6所示。

效果：通過(guò)閥體實(shí)際加工應(yīng)用，一體式三爪的優(yōu)點(diǎn)突出，內(nèi)孔φ14.2+0.020mm尺寸及同軸度均符合設(shè)計(jì)要求，并且徹底解決了以前開(kāi)口胎具的重復(fù)裝夾問(wèn)題，極大地提高了閥體加工效率，并保證了產(chǎn)品的尺寸一致性及穩(wěn)定性。

(3)零件為難加工材料，刀具選用問(wèn)題。難點(diǎn)：手動(dòng)加工中一直采用綜合性能良好的鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金YW1（適于耐熱鋼、高錳鋼和不銹鋼加工使用）刀具，但閥體為兩種不同金屬材料電子束焊接在一起，數(shù)控加工如果也用硬質(zhì)合金刀片，由于須同時(shí)車削兩種金屬材質(zhì)，在車削參數(shù)不變的情況下對(duì)刀尖的磨損度不同，尤其在閥體重要內(nèi)孔尺寸φ14.2+0.020mm長(zhǎng)L=62mm加工中，會(huì)產(chǎn)生錐度，這時(shí)就要對(duì)刀具重新修磨，反復(fù)修磨刀具會(huì)使加工效率降低，零件精度下降。

措施：根據(jù)以前的加工經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)摸索，選擇出適合加工軟磁合金與1Cr18Ni9Ti不銹鋼兩種材料的硬質(zhì)合金刀片牌號(hào)（美國(guó)肯納KC5010），又結(jié)合閥體自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，三處環(huán)槽單邊只有0.8mm的薄壁特點(diǎn)，對(duì)使用的加工環(huán)槽數(shù)控車刀進(jìn)行修磨，將車刀前角磨制為5°，后角磨制為8°，副偏角25°，這樣既減少摩擦面接觸，又不使刀片失去強(qiáng)度。刀具如圖7、8所示。

效果：通過(guò)對(duì)數(shù)控刀具牌號(hào)及車刀角度的選用，在實(shí)際閥體加工中，外圓表面和三處環(huán)槽沒(méi)有產(chǎn)生車削變形問(wèn)題，內(nèi)孔尺寸φ14.2+0.020mm錐度誤差在0.003mm之內(nèi)，完全符合圖樣要求。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)詳細(xì)分析閥體數(shù)控加工中存在的主要難點(diǎn)問(wèn)題，根據(jù)零件的材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及精度等要求，從刀具選擇、切削參數(shù)、裝夾方法及工裝胎具使用等幾方面考慮，有效地解決了數(shù)控加工中存在的難點(diǎn)問(wèn)題，制定了數(shù)控車削加工方案，并得出主要成果如下：

（1）加工方案：①軟爪夾左端Φ31mm外圓處，加工右端所有外圓。②一體式三爪夾Φ30mm外圓處，加工左端Φ31mm外圓、內(nèi)孔及Φ14.2mm內(nèi)孔。③一體式三爪夾Φ30mm外圓處，加工右端所有內(nèi)孔，保證尺寸及同軸度要求。

（2）加工成果。①閥體精密數(shù)控加工是可以實(shí)現(xiàn)的，所有尺寸及形位精度符合圖樣要求，利用一體式三爪工裝進(jìn)行裝卡加工，總裝卡時(shí)間減少50%以上，總加工效率提高3倍以上。②通過(guò)選擇合理的刀具及切削參數(shù)，加工出的表面粗糙度***優(yōu)可達(dá)Ra=0.1μm，平均Ra=0.2μm，與原手動(dòng)加工相比，可極大提高表面加工質(zhì)量。③閥體精密數(shù)控加工可保證零件的尺寸一致性，公差值可按批量控制在0.01 mm以內(nèi)，極大地提高了尺寸一致性及穩(wěn)定性。

（本文刊登在《金屬加工（冷加工）》201４年第２０期，作者單位：北京控制工程研究所）

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