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高精度零件加工方法探析
Jul 12, 2013  来源:  作者:四川信息职业技术学院 熊隽

      从中国机加工行业的情况来看,通用设备仍占有举足轻重的地位。由于高精度设备、精密仪器造价高,高精度零件的加工不可能都在精密设备上完成。因此,仍需掌握利用通用设备加工高精度零件的方法。

 

1 高精度零件加工实例

 

 

      利用通用设备加工零件,往往采用常见加工方法就能满足零件精度要求。但对于高精度要求的零件,要加工出符合要求的零件,就必须采用特殊加工方法。如图1 所示的连接件,该零件虽然结构简单,但某些尺寸精度和位置精度要求较高,如: 两个6 孔的间距为40 ± 0. 02,且应沿轴9p6 的轴线对称; 孔5H7 的位置尺寸为43 + 0. 019 50,且要保证该孔轴线与6 孔轴线间的垂直关系。要加工出合格产品,就必须注意加工的方式与方法。现以该零件为例,介绍一些特殊加工方法。

 

2 零件加工工艺分析

 

     从零件结构上分析,该零件由尺寸相差较大的两部分组成。为避免材料浪费,在零件强度允许的情况下可采用焊接的方式使零件成形,各边尺寸留一定的加工余量,并在焊接后采用热处理消除内应力。成形后轴9 外形及端面采用车削加工完成,考虑到对轴的尺寸精度、表面粗糙度要求较高,且将作为后续工序的基准,在车削后安排一道磨削工序。矩形面、孔、槽的加工可统一在立式铣床上完成。

 

3 保证零件精度的方法

  

      该零件的所有工序中,铣削精加工较难达到精度要求,在加工过程中必须注意加工的方式与方法。3. 1 52 × 16 矩形面及6 孔的加工在立式铣床上加工52 × 16 矩形面及两个6 孔时,零件的装夹方法如图2 所示。为保证加工后矩形面外形正确,装夹后一定要用百分表打表检测零件长边是否为水平放置。该零件加工难点在于: ①矩形面与两6 孔都应与轴9 的轴线对称; ②两6 孔间距40 ± 0. 02 尺寸精度要求较高。

 

  

      3. 1. 1 保证对称要求

 

      一般加工矩形面及孔的方法: 用基准工具或刀具等靠矩形面的长边及短边,找出矩形面的中心位置,再以该位置为基准加工矩形面及两6 孔。但对该零件不能采用此方法,原因在于加工时没有与轴9 结合起来,不能满足矩形面与两6 孔相对于9 轴线的对称要求。为达到此要求,在找中心时不应找矩形面的中心,而应找轴9 的轴心。通常作法为: 在机床主轴上安装百分表( 若零件要求极高采用千分表) ,使百分表测头靠在轴9 的圆柱面上。旋转主轴过程中观察百分表表盘内指针跳动情况,若无跳动,表明主轴轴心与轴9 轴心重合,即找到了轴9轴心。当然,指针跳动是不可能完全消除的,应根据零件精度要求来控制指针跳动量大小。对称度要求越高,允许跳动量越小。

 

     然而,该零件9 轴上端有一矩形面,用上述方法找中心时,矩形面会挡住百分表无法正常检测。为解决此问题,在找轴心时,可用一基准棒代替零件。

 

     即先将基准棒安装于卡盘上,利用百分表找出基准棒轴心位置,再卸下基准棒安装零件于卡盘上加工。采用此方法缺点是出现基准棒轴心与零件轴心不重合的定位误差。卡盘定位精度越低,定位误差越大。因此该方法对卡盘定位精度要求较高,最好使用软爪装夹。

 

     3. 1. 2 保证孔距

 

      加工两孔时,常用的走刀路线如图3( a) ( b)所示。若采用图3( a) 所示加工路线,由于机床存在一定反向间隙误差,加工孔1 与加工孔2 的走刀方向不一致,将导致孔距40 ± 0. 02 不一定能满足公差要求。采用图3( b) 所示走刀路线可消除反向间隙误差,保证孔距尺寸精度要求。但图3( b) 中,走刀路线123 方向相反,将使两孔相对于9 轴线的对称精度降低,在对称度要求较高的情况下仍无法使用。该零件可采用旋转加工的方法,在加工完一孔后利用回转工作台将零件旋转180° 再加工另一孔。这样,刀具在加工两孔的过程中没有产生运动,零件精度完全由回转精度来保证。而对回转精度影响最大的是零件轴线与回转工作台轴线间的重合度,在加工前一定要进行检测。具体作法为: 将百分表固定于机床立柱,测头靠在圆柱面上,旋转工作台,若百分表指针无跳动即表明零件轴线与回转工作台轴线重合。

 

 

      3. 2 孔5 的加工

 

      3. 2. 1 装夹方法

 

      在立式铣床上加工孔5 时,零件轴线应水平放置,用卡盘装夹。若直接夹持52 × 16 矩形面,由于可夹持长度较短且伸出部分较长,将导致装夹不牢靠。为此,可制作图4 ( a) 所示弹性轴套进行装夹,轴套外径略大于矩形面宽度,内孔与轴9 为间隙配合。具体装夹方法如图4( b) 所示。

 

 

      3. 2. 2 装夹定位

 

      为保证孔5 轴线与孔6 轴线间的垂直关系,装夹时一定要注意方向性。针对该零件,只要保证短边垂直或两孔中心连线水平即可满足要求。具体方法有: ①利用角尺检测短边是否垂直; ②将百分表测头靠在短边上,垂直移动百分表检测短边是否垂直; ③先将百分表测头大致移到与孔6 最低点等高处,再分别读出百分表指针在两6 孔最低点处的数值,若两数值相同即表明两孔中心连线水平。

 

      这些方法中,方法①依靠操作者目测,定位精度最低,但操作简单、方便,通常用于粗加工。方法②、③精度较高,但操作起来比方法①麻烦,通常用于半精加工与精加工。

 

 

      该零件的精加工应采用方法③,而不能采用方法②。原因在于短边只有16 mm,打表长度有限,打表后定位精度仍无法保证。而采用方法③前,一定要保证用于打表的两6 孔有较高的尺寸精度及表面粗糙度。若两孔直径不一致或打表面凹凸不平,都不能保证两孔中心连线水平。

 

      3. 2. 3 孔加工

 

      加工孔时,由于对孔的粗糙度与尺寸精度要求较高,应采用“点钻—钻孔—扩孔—铰孔”的加工步骤,且铰孔分两次进行。此外,加工孔时一定要保证主轴位于9 轴最高点的正上方,具体作法为: 将百分表固定于机床主轴,将测头靠在圆柱面上,前后移动主轴观察指针摆动情况。指针摆动到最大值时,表明主轴位于最高点的正上方。

 

      该孔最难满足的精度要求是位置尺寸43 + 0. 019 50

 

      若按普通对刀加工方法进行,由于对刀误差及间隙误差等的存在,加工出零件将无法满足要求。可采用百分表定位的方法。具体操作步骤为: ①如图5 在工作台上左方安装一基准工具,其孔径为标准的15 mm ( 可选择任何尺寸的标准孔) 。②将百分表安装于主轴上,移动主轴使百分表测头伸入标准孔内,旋转主轴并调整其位置,找到标准孔中心( 旋转主轴时表盘内指针无跳动处) 将百分表表盘读数归零。此时表明指针指向零点时,测头到主轴中心的距离刚好为标准孔半径7. 5 mm。③向右移动主轴,使其测头靠上A 面。④边向左移动主轴边旋转主轴,当百分表指针最大读数为0 时,表明主轴到A 面距离为7. 5 mm

 

      ⑤主轴再向左移动( 43 7. 5) mm 进行孔加工,便能保证孔位置尺寸43 + 0. 019 50 。该方法中,由于步骤④、⑤主轴移动方向相同,消除了机床的反向间隙,因此更能提高定位精度。

 

 

     3. 3 槽的加工

 

      为保证加工5 孔时的刚性,槽的加工应安排在5 孔加工完成后进行。装夹方法与加工5 孔时一样,采用锯片铣刀加工。为保证粗糙度与尺寸精度要求,应采用粗、精加工分开的加工方法。精加工时,为保证槽对称度要求,仍应采用旋转加工方法,即加工完一面后将零件旋转180°加工另一面的方法。

 

4 小结

 

      机床精度是加工出高精度零件的先决条件,但通过使用合适的加工方法,可大大减小加工误差,加工出合格产品。针对不同零件选用不同加工方法是非常重要的。通过上述连接件加工实例,可掌握各种不同的加工方法,并在加工中根据实际情况灵活应用,选择最好的加工方法。

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