作者：馮培鋒 李穎新 富國華
1 問題的提出
如圖1所示為林德—廈門叉車有限公司靜壓傳動叉車中與轉(zhuǎn)向節(jié)配套使用的關(guān)鍵零件銷軸。該零件原在德國為外購件，在中國合資后要求國產(chǎn)化。該零件的加工有如下困難：(1)所用毛坯42CrMoS4調(diào)質(zhì)棒料，其強(qiáng)度、硬度分別為1.2GPa和55HRC，屬于高強(qiáng)度、高硬度材料；(2)加工精度要求高，在銷軸的中間兩段上的加工精度要求為f33.33-0.013mm處于5～6級精度之間；(2)生產(chǎn)上要求一次車削完成加工，不加磨削工序。因此，為滿足上述加工要求，我們在工裝、設(shè)備和工藝上采取了一定的措施，并經(jīng)過反復(fù)數(shù)控車削試驗(yàn)得出了一個(gè)切實(shí)可行的加工方案，成功地實(shí)現(xiàn)了該零件的高精度批量數(shù)控車削加工。
圖1 銷軸零件圖
2 工藝方案、工裝及設(shè)備
工件在f33.33-0.013的兩部分外圓面上的加工精度要求較高，處于5～6級精度之間，加工較為困難，同時(shí)在f40n6、f33.33-0.013mm、f32t6mm等四個(gè)回轉(zhuǎn)面上同軸度要求為0.02mm。顯然，為保證同軸度并達(dá)到精度要求，必須采用一次裝夾完成車削加工。為此，零件左端帶弧面的內(nèi)孔必須在精加工前完成加工。我們采用如圖2所示的裝置在數(shù)控車床上完成左端內(nèi)孔及直徑為f39mm的一段外圓面的預(yù)車削加工。然后，工件兩端用頂尖定位并用液壓卡盤夾緊進(jìn)行精車削加工(圖3)。由于打中心孔時(shí)不可避免地會造成中心孔偏心，因此為保證工件夾緊可靠，采用專用液壓動力補(bǔ)償卡盤。這種卡盤的每個(gè)卡爪在夾緊工件時(shí)的移動距離可以不相等，且均勻地向每個(gè)卡爪施加夾緊力，因而可以保證工件中心孔有偏心時(shí)夾緊可靠。
圖2 預(yù)車削加工工裝示意圖
1.卡爪 2.工件 3.尾架活頂尖 4.死頂尖 5.液壓補(bǔ)償卡盤
圖3 精車削定位夾緊示意圖
為達(dá)到f33.33-0.013mm兩處外圓面的加工精度，數(shù)控車床的定位精度和重復(fù)定位精度必須分別在±0.01mm和±0.003mm以下，同時(shí)由于工件的強(qiáng)度和硬度較高，切削力較大，車削中容易引起機(jī)床的振動，從而影響車削精度，為保證車削時(shí)的穩(wěn)定性及對工件有較大的夾緊力和尾架頂緊力，須選用較大規(guī)格的數(shù)控車床。我們選用了韓國大宇重工公司生產(chǎn)的PU-MA12-LB數(shù)控車床，其主要技術(shù)參數(shù)為：床身最大回轉(zhuǎn)直徑f570mm；主軸電動機(jī)最大功率26kW；轉(zhuǎn)速范圍20～2500r/min；定位精度，X方向±0.01mm，Z方向±0.02mm；重復(fù)定位精度，X方向±0.002mm，Z方向±0.003mm。
車削過程分粗車、半精車和精車。車削用刀片采用Sandik刀片：粗車用DNMG150608-PM 4025，半精車用VNMG160402-PF 4015，精車用TNMG160408-PF 5015。車削參數(shù)如表所示。
車削速度(m/min) 走刀量(mm/r) 吃刀量(mm)
粗車 120 0.35 3.0
半粗車 160 0.20 0.3
精車 160 0.12 0.05
3 保證零件加工精度的關(guān)鍵措施
我們在車削中發(fā)現(xiàn)零件上加工精度要求較高兩處的尺寸波動較大，超差較為嚴(yán)重，不能保證高精度批量加工。為此，我們采取了以下措施：(1)每次正式車削前，使機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)半小時(shí)左右，在機(jī)床整體達(dá)到熱平衡以后，再用3～4個(gè)報(bào)廢的工件試切削幾次，使刀尖的溫度場也近似達(dá)到正式切削時(shí)的溫度場。機(jī)床的空運(yùn)行可以通過編制一個(gè)空循環(huán)程序來實(shí)現(xiàn)。(2)正式開始車削后，車削過程應(yīng)連續(xù)，集中一批工件進(jìn)行車削。因?yàn)椋囅鬟^程的中斷，即使保持機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)，車削刀尖的溫度場也會發(fā)生變化，由于刀尖的熱脹冷縮效應(yīng)而影響車削精度。我們的車削實(shí)踐證明，這種效應(yīng)對f33.33-0.013mm等兩處的車削精度的影響非常顯著。(3)車削過程中，應(yīng)連續(xù)檢測車削完工件的精度，根據(jù)工件車削完后尺寸變化的趨勢，適時(shí)修正、調(diào)整數(shù)控系統(tǒng)刀具補(bǔ)償參數(shù)中對應(yīng)精車刀具的補(bǔ)償數(shù)值。
采用以上工藝方案、工裝、設(shè)備和刀具以及相應(yīng)的措施，我們成功地實(shí)現(xiàn)了該零件的高精度批量數(shù)控車削加工并達(dá)到圖紙規(guī)定的精度要求。在車削過程中，僅有少數(shù)零件由于偶然因素的影響，其加工精度超出了圖紙的要求。如圖4所示是一批零件一次車削加工后，在一個(gè)直徑為f33.33-0.013mm外圓面上的誤差分布圖，其中虛線表示直徑的上下限值。從圖中可以看出，尺寸的誤差分布是比較好的。
圖4 f33.33-0.013mm外圓面上誤差分布圖
采用這種加工方案，在保證該零件高精度批量加工的同時(shí)，減少了加工工序，提高了加工效率，而且還節(jié)省了外圓磨床的投資，因而降低了零件的加工成本。
