不锈钢薄壁阀座零件的数控铣削加工与夹具

    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。

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、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。

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。

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    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。

    
    参考文献
    [1]李华.机械制造技术[M].北京：高等教育出版社，2000.