不锈钢薄壁阀座零件的数控铣削加工与夹具

2013-07-19 曹罡 九江职业技术学院

  数控铣床批量生产零件时,每个零件的装夹都要保证零件的中心、圆周角度方向上的一致性,必须要设计一个简易的专用夹具,使定位精度和加工精度得到保证,零件的加工质量和生产效率得到提高。

  本学院实习工厂加工的阀座零件如图1所示,材料为不锈钢。该零件要经过车、线切割、铣等3个加工工序。车用来加工各外圆及各台阶孔,其中Φ42mm外圆尺寸留余量加工至Φ46mm;线切割用来加工凸齿R1.2mm与Φ42mm外圆;铣用来加工3-Φ5mm通孔与Φ10mm通孔。

不锈钢薄壁阀座零件的数控铣削加工与夹具

图1 阀座

1、铣削加工难度分析

  所用阀座零件壁厚为2mm左右。根据零件图样及工艺要求,用数控铣床加工3-Φ5mm通孔及Φ10mm通孔。Φ10mm孔与Φ21mm孔相交。加工难度分析如下。

  1)从装夹方法考虑。零件为薄壁零件,用三爪定心卡盘直接装夹会产生变形。Φ42mm外圆处有1个R1.2mm的凸齿,且和要加工的3-Φ5mm通孔、Φ10mm通孔又有位置要求。因此,需考虑设计专用工装夹具,该工装夹具既要保证每次零件装夹的位置精度,又要避免零件装夹过程中的变形。

  2)因材料为不锈钢,塑性、韧性非常好,属于难切削材料,对切削速度影响很大。切削时切屑变形大、断屑能力差、易产生积屑瘤,导致工件表面粗糙、切削加工性较差。若切削用量选择不合理,刀具将急剧磨损。

  3)因Φ10mm孔与Φ21mm孔相交,加工Φ10mm孔时,若使用Φ10mm钻头直接加工成形,当钻通Φ21mm孔及Φ18mm台阶外圆时,钻头将单边切削,会造成孔的歪斜。

2、专用夹具的设计与使用方法

  为了解决零件的装夹定位与装夹变形问题,根据零件的结构设计了一个弹性定位夹套,如图2所示。车削加工弹性定位夹套时,一次装夹加工各外圆、内孔与端面,以保证各内外圆的同轴、各端面与轴线的垂直。弹性定位夹套上1个宽2.4mm、深2mm的槽和1个宽 不锈钢薄壁阀座零件的数控铣削加工与夹具、深5mm的槽及2个宽0.15mm、长3mm的槽都是在线切割机上一次装夹加工完成,以保证各槽之间的位置精度。装夹用的三爪定心卡盘也做了较小的改造,在三爪定心卡盘上固定安装了1个Φ6mm的定位销,用于弹性定位夹套在三爪定心卡盘上的圆周向定位。当加工第一个零件时,首先将零件上R1.2mm的凸齿与弹性定位夹套上宽2.4mm、深2mm的槽对齐,装入弹性定位夹套内,零件底部贴平弹性夹套的Φ42mm孔与Φ38mm孔形成的台阶平面。然后将装好零件的弹性定位夹套装夹在三爪定心卡盘上,并使三爪定心卡盘上Φ6mm的定位销卡在弹性定位夹套上 宽的定位槽内。校正弹性定位夹套上左右两侧宽0.15mm的校正槽并调整三爪定心卡盘位置,使弹性定位夹套上左右两槽的中心线与机床工作台X轴平行,此时将三爪定心卡盘用压板固定在工作台上即可进行零件加工。

  装夹加工下一个零件时,只需按上面的方法步骤将零件装入弹性定位夹套内,再将装好零件的弹性定位夹套装夹在三爪定心卡盘上,并使三爪定心卡盘上Φ6mm的定位销卡在弹性定位夹套上6mm宽的定位槽内即可。

不锈钢薄壁阀座零件的数控铣削加工与夹具

图2 弹性定位夹套

3、铣削过程中的加工工艺与参数

  针对零件的加工难点和切削过程中的力学分析,将对钻削过程作如下设计:根据端面瞬时切削力经验公式得知,切削过程中必须减少单位切削力、减小端面刃的切削深度及切削厚度。

  1)用中心钻钻削Φ5mm与Φ10mm处中心孔。主轴转速选用S500r/min及F8mm/min。

  2)用Φ5HSS-E钻头钻削加工3-Φ5mm孔及在Φ10mm孔位置处预钻Φ5mm孔。主轴转速选用S600r/min及F20mm/min。

  3)用Φ8mm键槽铣刀在Φ10mm孔位置处将Φ5mm扩孔至Φ8mm。主轴转速选用S400r/min及F10mm/min。

  4)用高速钢Φ10mm键槽铣刀,在Φ10mm孔位置处将Φ8mm扩孔至Φ10mm。主轴转速选用S380r/min及F15mm/min。

  由于钻头单边切削必将造成孔的歪斜,而用未经刃磨的Φ8mm及Φ10mm平底键槽铣刀加工时,由于铣刀端面刃瞬间接触被切削平面时切削宽度较宽、切削力较大、振动较大。所以将键槽铣刀的刀尖刃磨成1×45°倒角,所刃磨的倒角起导向作用,定心作用好;且铣刀底平面切削宽度窄,切削阻力大为减小,孔径尺寸保证良好。

  使用此夹具装夹加工阀座零件,解决了零件装夹变形与装夹定位问题,极大地提高了零件的加工质量与加工效率。

4、立式数控铣床加工程序(华中世纪星数控系统)

  部分程序如下。

不锈钢薄壁阀座零件的数控铣削加工与夹具
不锈钢薄壁阀座零件的数控铣削加工与夹具
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参考文献

  [1]李华.机械制造技术[M].北京:高等教育出版社,2000.