特殊精密深孔的组合加工
2013-5-5 来源：南京机电液压工程研究 作者：张文丽 陈加定
在科研生产实践中，我们遇到多种类似附图所示的组件，端盖2和壳体5（材料为ZL105），两处滑动轴承6分别与端盖2和壳体5过盈装配，通过定位销1将端盖2和壳体5进行定位，再由螺钉3垫圈4把端盖2和壳体5进行固定联接，要求保证组装后两处滑动轴承6内孔与基准孔A同轴度为φ0.02mm，两孔圆柱度为0.006mm、表面粗糙度值Ra=0.8μm。
滑动轴承6材料为石墨M233H，这种材料是由粉末压制而成的非金属材料，质脆且硬度低，加工时易有崩角、掉渣、产生裂纹等缺陷；端盖2和壳体5组合后φ14.5H7孔深达170mm，要求同时保证对基准面A的同轴度φ0.02mm和圆柱度0.006mm，这对车削刀具和机床要求很高，车削难度大。
1. 工艺方案比较
（1）工艺方案一
首先，端盖2和滑动轴承6、壳体5和滑动轴承6均采用过盈配合分别进行装配，然后分别加工两处φ 14.5H7孔。
在这种工艺方案中，φ 14.5H7孔的尺寸和圆柱度要求很容易保证，对车削刀具和加工要求也不高，刀具不需悬伸很长，刀杆刚性好，但因是两次装夹分别找正，同时对基准A的同轴度φ 0.02mm无法保证。
（2）工艺方案二
通过定位销1将端盖2和壳体5进行定位，再由螺钉3、垫圈4把端盖2和壳体5进行固定联接，这样就可以一次装夹定位，找正基准孔A，车削加工孔φ 14.5H7及端面等。
在这种工艺方案中，壳体5和定位销1是过盈配合，端盖2和定位销1是间隙配合，这样避免了两次装夹，一次找正直接加工。但是由于孔深达170mm，需要定制特殊的加长刀杆，加工时刀具悬伸得过长且孔较小，刀杆刚性差，车削时易产生振动，使得φ 14.5H7内孔有锥度，圆柱度无法保证，还影响工件的表面粗糙度。如果通过研磨的方法对内孔进行补救，研磨套的加工存在难点。
能不能找到一种方法，既能一次定位装夹找正，刀具又不用悬伸过长呢？为此，我们结合方案一和方案二的优缺点，想出一种组合加工的方法，有效地解决了以上加工难题。
（3）工艺方案三
镗软爪装夹端盖2，先车削出左端滑动轴承6孔及其端面，在车床上不拆卸掉端盖2的前提下，通过定位销1将端盖2和壳体5进行定位，再由螺钉3、垫圈4把端盖2和壳体5进行固定联接，再加工出右端孔及基准孔等。
在这种工艺方案中，做到了一次装夹定位和找正，避免了因两次装夹和找正引起的累积误差，因为是分别加工两孔，只需移动机床的床鞍，刀具不用悬伸过长，刀杆刚性好，圆柱度也容易保证。
2. 编制加工工艺
基于工艺方案三的优点，该零件的加工工艺安排如下：在附图中粗实线均表示在组件中需加工的部位，两处φ 14.5H7孔和φ 62H8孔径向单边均留余量0.3mm，三处需加工的端面均留余量0.2mm，其余所有尺寸均在单个零件中加工到位。其中关键工序是组合加工时的精车工序，为此根据材料较脆且质软的特性，我们选用高精密车削机床，刀具选用硬质合金YG8，这种刀具耐磨性较好，可有效地提高工件表面质量；刀具几何角度：前角10° 、后角15°、刀尖圆弧半径R1mm；切削参数选择：切削速度350～480m/min，进给量0.06～0.1mm/r。刀具和切削参数的选用可有效地防止崩边、掉渣等缺陷发生，也可有效地保证深孔圆柱度0.006mm和端面平面度0.006mm的要求。
关键工序加工过程为：先将端盖2、滑动轴承6和壳体5、滑动轴承6分别采用过盈配合进行装配；镗软爪装夹端盖2，找正端面B和外圆C面跳动在0.01mm以内，车左端滑动轴承6内孔及其端面；在不拆卸掉端盖2的前提下，先将壳体5和定位销1进行过盈配合，定位销1再与端盖2间隙配合，通过螺钉3垫圈4进行固定联接，车削加工右端滑动轴承6内孔及其端面和基准孔φ62H8及其端面。车削时可采用少量切削和多次进刀的方式，以保证图示要求。加工后根据设计要求，可拆下螺钉3、垫圈4联接件，将端盖2和壳体5形成的组件做好配对标记，成对入库保存。
3. 加工验证
采用方案三编制的工艺加工的一批零件，经过三坐标测量仪进行检测，尺寸和形位公差合格率达97%；经过分析，不合格的零件中有些是滑动轴承6石墨材料本身疏松的缺陷造成，有些是形位公差超差。对由于端盖2、滑动轴承6形成的组件和壳体5、滑动轴承6、定位销1形成的组件配对存放，同轴度φ0.02mm无法测量的问题，因为是一次装夹定位找正加工，而在装配时两处滑动轴承6内孔φ14.5H7是装在同一根长轴上的两端，可通过端盖2和定位销1之间的间隙进行微调，对装配来说没有影响。我单位加工的其他类似这种组件也是采用这种组合的方式加工，加工质量和效率良好，能够满足设计的装配要求。
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