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傳統(tǒng)的數(shù)控加工方法和加工工藝已經(jīng)無法滿足多樣化、個性化、異形化加工的需求，制造業(yè)正在朝著高效、精密、復(fù)合的方向快速發(fā)展。
隨著航空航天、液壓、通訊、微特電子、醫(yī)療器械等行業(yè)的迅速發(fā)展，許多高精度、多批量、外形復(fù)雜的小型精密復(fù)合零件的車銑復(fù)合加工給機(jī)械制造業(yè)提出了很大的挑戰(zhàn)。針對這類零件的特點，國內(nèi)大部分企業(yè)都采用改善設(shè)備性能和設(shè)計新型加工工藝的方法來滿足加工需求、提高生產(chǎn)效率。本文以某典型復(fù)合型噴嘴零件為例，利用B0326-II精密自動車床的特點和優(yōu)勢，從刀具選擇、加工工藝制定、關(guān)鍵加工路線設(shè)計以及試加工問題分析等方面著手，進(jìn)行了深入的加工技術(shù)研究，解決了這類零件批量大、效率低、難加工的難題。
1.零件加工工藝分析
零件技術(shù)要求
圖1為某醫(yī)療器械中的噴嘴零件，月產(chǎn)20000件，材料為不銹鋼1Cr18Ni9Ti，屬于難加工材料；該零件的加工要素較多，包括車削外圓、螺紋；銑削扁平面；鉆削中心孔和底孔；鏜削孔；攻螺紋等。此外，零件尺寸精度和表面粗糙度要求較高，并有兩端孔同軸度要求為0.02mm。
綜合以上分析，該零件的加工難點在于保證外圓和內(nèi)孔的尺寸精度、兩個內(nèi)孔的同軸度要求以及批量化生產(chǎn)。
圖1. 噴嘴零件圖
噴嘴零件加工工藝
B0326-II精密自動車床是以車為主，同時兼?zhèn)溷@孔、雕刻、銑槽、銑齒、攻絲、鉸孔等多工藝復(fù)合加工的精密機(jī)床，具有C軸和Y軸分度功能，能進(jìn)行徑向平面銑削、鉆孔、攻絲等工藝。其雙主軸控制系統(tǒng)能實現(xiàn)主軸側(cè)加工完背軸自動定位接料，有效解決工件掉頭造成的效率和精度低的問題。
如圖2所示，根據(jù)機(jī)床特點，設(shè)計零件外輪廓加工路線：主軸側(cè)①車端面→②車外圓至39mm處→③車外圓至65.1mm處→背軸側(cè)車端面。
根據(jù)以上分析，對噴嘴零件的加工工藝設(shè)計如表1所示。
圖2. 噴嘴外輪廓走刀路線
表1. 噴嘴零件加工工藝設(shè)計說明圖
2.關(guān)鍵工序加工設(shè)計
左側(cè)孔加工
左側(cè)孔加工時，安排在主軸側(cè)T31-T35五孔刀座上進(jìn)行，五孔刀座布局緊湊，可減少刀具空走刀的時間，加工效率較高。
孔Φ7精度要求較高，采用鏜削加工，孔深38mm屬于深孔加工，其難點在于鉆底孔過程中鉆頭切削區(qū)域的冷卻以及排屑問題，采用高壓油冷卻以及G83啄鉆的方式進(jìn)行，可有效避免鉆頭崩斷和切屑纏繞。
具體步驟：首先用Φ6中心鉆鉆削約2mm的中心孔，深度不能過淺，否則孔口倒角會有毛刺；然后用Φ5.8鉆頭鉆孔，單邊留0.5mm左右加工余量，由于零件材料硬度較大，應(yīng)在該過程去除大部分余量，并開啟高壓油冷卻；最后通過鏜孔保證孔尺寸精度，采用高轉(zhuǎn)速低進(jìn)給模式進(jìn)行切削，選用S25.0G-SVNR12SN鏜刀桿，刀片型號VNBR0620-01，主軸轉(zhuǎn)速3000r/min，切削深度ap=0.25mm，進(jìn)給量f=0.02mm/r。
車外圓至39mm處
此工步為外輪廓加工，重點考慮如何提高加工效率以及保證表面質(zhì)量。綜合考慮零件的結(jié)構(gòu)特點以及材料性能。走刀路線設(shè)計如圖3所示，此工步〖LL〗〖JP2〗分三次加工完成，前兩次采用G90矩形走刀路線去除大部分余量，第三次完成精加工。
執(zhí)行第一次矩形加工路線時加工至A點，每次切深0.5mm，進(jìn)給速度0.05mm/r，分三刀完成；執(zhí)行第二次矩形加工路線時加工至B點，每次切深0.3mm，進(jìn)給速度0.03mm/r，分四刀完成；最后一次精加工時切削深度為0.1mm，進(jìn)給速度0.01mm/r。此工步選用京瓷SCLCR1616H-12外圓刀，刀片型號CCGT09T304M，零件表面質(zhì)量較好。
圖3. 車削外圓至39mm處的走刀路線
左側(cè)車螺紋
由于M10螺紋需與其它醫(yī)療器械零部件配合，要求控制螺紋中徑，粗糙度值達(dá)到Ra0.8。
為滿足要求，分三步進(jìn)行螺紋車削：第一步外圓刀將大徑多車0.2mm；第二步螺紋車削首次完成后，再次調(diào)用外圓刀沿螺紋表面車削，去除頂端毛刺，但此時會將毛刺往牙底方向壓；第三步用螺紋刀沿螺紋車削的最后兩刀再車削一遍，去除第二步壓向牙底方向的毛刺。
銑扁
平面銑削主要利用B0326-II精密自動車床的主軸C軸分度功能，有效解決二次裝夾問題。該工步總的銑削層厚度2.3mm，可選用直徑大的立銑刀以提高加工效率。
根據(jù)分析選擇直徑Φ10立銑刀，主軸制動后，分三次銑削，第一次銑削深度0.65mm，第二次銑削深度0.65mm，第三次銑削深度0.35mm，每次銑削進(jìn)給速度50mm/min，一邊加工完后C軸分度180°銑削另外一邊。平面銑削結(jié)束后，平面的外端會有毛刺外翻，此時宜采用外圓刀沿Φ13外圓去毛刺，效果較好。
車外圓至65.1mm處
此處外圓車削的難點在于C區(qū)域呈凹槽狀，限制刀具角度，不容易下刀，采用常規(guī)外圓刀具車削容易干涉和崩刃，并且凹槽處表面質(zhì)量較差。
所以此處車削分三次進(jìn)行，走刀路線見圖4，第一次選擇3mm刀寬的切槽刀切到凹槽的最底處留有0.1mm精加工余量，沿著路線1進(jìn)刀，為下一步的車削提供下刀空間；第二次選擇常規(guī)90°外圓車刀，沿路線2進(jìn)刀，按照G90矩形路線加工，此次共去除6.4mm余量；第三次選用后掃刀沿路線3進(jìn)行精加工，由于凹槽處空間較小，90°外圓刀副切削刀刃容易干涉，采用后掃刀可以有效解決該問題，并且能夠保證凹槽底部的粗糙度值。
圖4.車削外圓至65.1mm處的走刀路線
背軸接料鉆孔
如圖5如圖5所示，主軸側(cè)所有加工完成后，將切斷刀定位到切斷位置，背軸與主軸對中，背軸T9900沿主軸方向B-B處夾持，主背軸同時旋轉(zhuǎn)，大大增加了剛性。切斷后背軸接料，利用背軸側(cè)T35、T36、T37刀具進(jìn)行車端面和鉆孔。背軸自動定位到與主軸同心位置夾持，避免了再次裝夾造成的同軸度誤差，保證了孔Φ7和Φ4同軸度要求，解決了該零件同軸度加工難題。
如圖5.噴油嘴背軸接料示意圖
3.試加工問題分析
加工工藝擬定后進(jìn)行了程序編制，經(jīng)過反復(fù)的仿真驗證后，零件首次試加工出現(xiàn)了Φ7孔底部有毛刺上翻、Φ4孔口無60°倒角、Φ7孔深度偏差等問題。
該零件中Φ7孔尺寸精度和表面質(zhì)量較高，Φ5鉆頭鉆削到孔底時，由于擠壓造成切屑未能及時排出，導(dǎo)致孔底毛刺上翻，影響零件質(zhì)量。反復(fù)試驗后作如下調(diào)整：當(dāng)鉆頭鉆削到孔底時，鉆頭不直接退出，沿著孔上抬0.1mm，然后延時0.2s（即G04U0.2）再離開孔底，可去除上翻毛刺。
如圖6所示，Φ4孔口倒角由Φ6中心鉆加工而成，孔口無倒角判斷為中心孔鉆得太深，已經(jīng)超過中心鉆底部60°的錐面，在背軸側(cè)T36磨損補(bǔ)償+0.5即可解決該問題。
如圖6. Φ4孔口60°倒角示意圖
首件產(chǎn)品檢測時發(fā)現(xiàn)Φ7孔深度為37.8mm，與實際尺寸小0.2mm，分析原因主要是主軸側(cè)T23鏜刀對刀時出現(xiàn)了偏差。在主軸側(cè)T23鏜刀重新精確對刀，并在T23磨損補(bǔ)償輸入+0.2，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，噴嘴零件滿足驗收要求，加工實物見圖7。
圖7. 不銹鋼噴嘴零件實物圖
4.總結(jié)
噴嘴零件調(diào)試成功后，機(jī)床配備自動送料機(jī)，將送料、加工、接料、吐料完全自動化，實現(xiàn)了月產(chǎn)20000件的加工需求，解決了現(xiàn)代制造過程中出現(xiàn)的小型化、多品種、大批量、高精度的難題。
通過研究B0326-II精密自動車床小型復(fù)合軸零件的加工技術(shù)，為新型車銑復(fù)合加工工藝的推廣提供技術(shù)依據(jù)，也為加工同類零件提供了借鑒和參考。
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