如何在車床上完成只有磨床才能達到的零件加工精度要求


通過對高精密鈦合金零件圖樣的仔細研究，確定了加工方案和工藝參數，利用現有的普通車床設備，最終順利完成了零件的加工，實現了在車床上完成只有磨床才能達到的加工精度要求。
 
1.加工難點分析
 
有一批來自某光機所的生產任務，該任務無論在加工材料、還是在加工精度上，都是一種全新的挑戰，其中凸透鏡旋轉軸(見圖1)的加工存在以下難題：
 
(1)凸透鏡旋轉軸采用的是鈦合金材料，由于其強度大、硬度高，加工時極易產生表面硬化層，而且材料導熱系數小、彈性模量小，切削時加工表面的回彈量很大，造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附和粘結磨損。
 
(2)在保證外形加工精度的同時， 零件兩端同軸度要求0.006mm，這對于現有機床來說，幾乎是難以達到的。因為現有機床在啟動后，自身主軸跳動已>0.01mm，在這樣的機床上完成加工任務難度可想而知。
 
(3)零件外形和孔的尺寸精度要求都非常高，分別為0.005mm和0.01mm，要求表面粗糙度值Ra=0.8μm。正常情況下需要在磨床上加工才能實現該圖樣要求。由于分廠內沒有磨床設備進行精密加工，于是該任務必須由車床來完成。加工前首先對圖樣進行了仔細的研究，分析了多種加工方案，最終決定采取如下方法進行加工。


2.工藝參數的選擇

根據鈦合金材料特性，優選強度性能高、耐磨損性能較好、牌號為YW系列的刀具材料進行加工。

(1)刀具參數：選用主偏角為90°的正反外圓偏刀和橫槽車刀各一把。在保證刀具切削強度的同時，為減小切削阻力，防止材料在切削過程中過熱變形，刀具前角選擇較大的20°～25°。為避免刀具后刀面在切削過程中與零件表面的急劇摩擦、粘結，刀具后角選擇為5°～8°。

(2)切削參數：由于鈦合金材料導熱系數低、彈性模量小，加工過程中易產生粘結，所以在加工中切削參數值不易設置過大，主軸轉速選擇在350～500r/min，不宜過高。背吃刀量和進給量粗車時選擇大一些，精車時選擇小一些。

3.加工工藝方法

(1)粗車：首先使用橫槽車刀將零件兩端外形進行粗車(見圖2)，單邊留余量0.5mm。由于橫槽車刀切削過程中阻力小、易斷屑，所以使用橫槽刀對兩端外圖1形粗車效果較好。但由于鈦合金材料在加工中極易熱變形，所以在切削過程中必須使用切削液進行充分冷卻。


(2)半精車：待零件徹底冷卻后，再使用90°外圓偏刀將零件的基準外圓車出，通過軟爪夾持零件外形，利用微米杠桿表校正零件外形(見圖3)，使圓跳動達到0.005mm以內，對零件一頭進行加工，不能一次加工到位，單邊留余量0.1～0.2mm。
 

(3)精車：①零件外形余量切除后，鉆孔、鏜孔，保證尺寸和精度要求。再次校正零件外形，保證尺寸精度在0.005mm以內，精車外形留余量0.05mm。由于雙頂以兩端內孔為定位基準，且零件最終精車前的外形余量較小(0.05mm)，所以鉆孔和鏜孔與精車外形在一次裝夾找正中完成，并做好孔口倒角，為下一道雙頂工序做好準備。②在機床上車一頂尖，將零件通過雙頂的方法，使用正反偏刀對兩頭外形進行精車(見圖4)，拋光零件外形，達到表面粗糙度值Ra=0.8μm的要求。