作者：李雲花　陳貽強

單位：中航工業洪都航空工業集團有限公司

來源：《金屬加工（冷加工）》2017年第1期

小孔徑內孔槽類零件在軍民品飛機的運用十分廣泛，主要用於密封螺母、套筒及襯套等一系列產品。該類型的零件需求量大，而傳統的加工工藝方法，使產品的質量穩定性偏差、合格率偏低，產品的質量穩定性不好，為用戶帶來使用隱患，合格率偏低相應會使產品成本提高，用戶難以接受。然而隨著數控技術的不斷發展，為解決該難題提供了一個很好的基礎。本文以數控機床加工某飛機液壓管路堵塞螺栓作為加工小孔徑內孔槽類零件典型案例，通過分析傳統加工工藝的方法和缺點，並基於起亞SKT15z全功能數控機床，給出了加工工序、加工刀具選擇及加工切削參數等工藝方法。

1.傳統堵塞螺栓加工工藝流程及分析

某堵塞螺栓主要用于飛機上液壓管路，主要作用是對管路密封通流，其密閉性要求較高，故該零件對內孔及內孔槽表面粗糙度質量的要求也較高。其結構如圖1所示。

圖1 堵塞螺栓實體

小孔徑內孔槽的特徵（見圖2、表1）為：內孔孔徑為φ6H7，內孔處含有兩個槽腔（槽1及槽2），槽1及槽2的尺寸分別為孔徑φ8.30+0.036 0mm、槽寬3mm和孔徑φ7+0.080mm、槽寬5mm，槽1的表面粗糙度值為Ra=0.8μm，槽2的表面粗糙度值Ra=1.6μm。

圖2 堵塞螺栓內孔槽結構

表1 堵塞螺桿內孔槽特徵

（1）傳統加工工藝流程。傳統小孔徑內孔槽的加工設備主要使用數控單板機，刀具使用白鋼刀成型R刀進行粗、精加工內槽。加工步驟為：①粗車外圓φ17mm並制孔φ5mm，調頭光端面再進行鏜孔φ5.9mm，並對內槽1孔φ8.30+0.0360mm進行加工，再調頭光端面車制外圓φ14mm、制R1mm，車制螺紋M16×1.5-6g，然後再加工槽2孔φ7+0.080mm，最後對φ6H7進行鉸孔。實際加工中工步繁雜，產品的不合格率不高。具體的加工工序如下。

10車工：粗車外圓φ17mm，制孔φ5mm。

15車工：調頭光端面，鏜孔φ5.9mm，制內槽孔φ8.30+0.036 0mm，寬3mm，R0.3mm，保證圓跳動公差要求，如圖3所示。

圖3 第15次工序

20車工：調頭光端面，保證總長尺寸150 -0.18 mm，車外圓φ14mm、制R1mm，車制螺紋M16×1.5-6g。

25車工：以螺紋定位，加工內槽孔φ7+0.1 0mm及槽寬5mm，如圖4所示。

圖4 第25次工序

最後進行鉸孔φ6H7，完成加工。

（2）傳統加工工藝分析。傳統加工設備通常採用數控單板機，其加工刀位較少，加工過程中需要多次調頭加工，使得效率低；加工內孔槽所使用刀具刀桿細長，需伸出長度大於12.3mm，加工內槽單邊切深為1.15mm，槽底根部有兩個R（0.3±0.1）mm，切削阻力大，產生大量切削熱，造成刀具易磨損；同時由於內孔徑為φ6mm比較小，加工空間較小，造成排屑比較困難，內槽易殘留切屑，不但會導致劃傷孔壁，而且容易擠斷內槽刀桿。因此傳統工藝流程存在加工效率低、加工質量不穩定的特性，也是本文新工藝方法重點解決的問題。

加工效率較低：內孔及外圓尺寸需多次反覆裝夾完成，每道工序都需要調頭裝夾，加工時間長，效率低且多次裝夾容易產生加工誤差，裝夾過程如圖5所示。

圖5 工序間裝夾過程示意圖

加工質量不穩定：零件內槽孔壁尺寸相對比較複雜，對孔的尺寸公差要求和位置公差要求也高，由於是在φ6mm的小孔內加工內槽φ8.3mm，以及白鋼刀的磨損、振刀等原因，都會造成φ8.30+0.036 0mm尺寸超差、內槽孔壁表面粗糙度值Ra=0.8μm達不到要求，零件合格率只有80%。

2.數控加工工藝分析

（1）加工設備的選擇。根據該零件的加工需求，選擇在起亞SKT15z全功能數控機床上，分兩道工序完成零件的加工。選擇使用全功能數控車床具有以下優勢：①機床剛性好、精度高、穩定性好，能保證產品加工的精度要求。②一次裝夾完成多道工序，數控車床共有12個刀位能依次完成車外圓、退刀槽、制外螺紋、鑽擴孔、鏜孔及粗精車加工內槽等工序的加工。③有良好的冷卻、潤滑作用，能降低刀具加工時產生的切削熱。④生產效率高，縮短了產品的加工時間，降低了工人勞動強度。

（2）加工工藝流程。通過對數控設備能力的分析，由原來4道工序優化至2道工序完成加工，優化後工序如下。

10車工：粗車外圓並制螺紋M16×1.5-6h，制孔φ5.9H11，制內槽φ8.30+0.036 0mm，保證R（0.3±0.1）mm及R（0.2±0.1）mm倒角，如圖6所示。

圖6 第10次工序

15車工：調頭光端面並制15°倒角，鏜孔φ6+0.012 0mm，制內槽孔φ7+0.1 0mm、寬5mm，如圖7所示。最後進行鉸孔φ6H7，完成加工。

圖7第15次工序

（3）加工刀具選擇。粗加工刀具：零件的加工重點在於內孔和內孔槽的加工以及排屑問題，選擇粗加工刀具主要考慮以下方面：①刀具材料選擇，選白鋼刀做為粗加工刀具，其材料為高速鋼，其切削性能非常好，有很好的韌性和硬度。②刀具的幾何角度，白鋼刀取刀寬2.0mm，減小其徑向切削力，取前角10°～15°、副偏角1°～2°，且切削刃必須水平不能高於工件中心線，後刀面磨成圓弧面，保證與槽底無干涉，白鋼內槽刀如圖8所示。③刀具剛性，刀頭伸出部分取決於工件要求，因為細刀桿刀頭伸出部分越短，其剛性就愈好；反之其剛性就愈差，故刀桿取最短伸出長度為理想長度。根據加工零件深度距離L=6mm，故取伸出刀長為L=7mm （大於6mm），能保證內槽刀具有良好的剛性和切削性能。

圖8 白鋼內槽刀

精加工刀具選擇：選用整體硬質合金車槽刀作為精車刀加工內槽，如圖9所示。

圖9 硬質合金內槽刀

硬質合金刀具的特性：刀具材料。硬質合金具有很高的硬度、強度以及耐磨性，特別是它的高硬度和耐磨性，在高溫下仍然具有很好的切削性能。

幾何角度。其刀頭伸出部分長度為10mm，切削刃寬1.0mm，前角約3°～5°，刀寬兩邊尖角R0.1mm，刃口鋒利、切削阻力小、切削性能好，完全能滿足內孔槽的加工尺寸公差要求。

刀桿設計。刀頭部分為嵌入式設計，可以快速安裝到刀桿，它的重複定位精度高，具有精度高、互換性好、使用方便、更換迅速的優點。

（4）加工參數確定。粗加工內孔槽及程序。加工內孔時的步驟：①打中心孔，避免產生跳動。②鑽孔φ5.5mm再擴孔至φ5.8mm。③鏜孔至φ5.95mm，其主要作用是盡量減少內孔加工的切削餘量，使內槽刀加工受力均勻。

粗車加工內孔槽時，取主軸轉速900r/min、進給量0.03mm/s，選擇每刀切削深度ap=0.4mm進行加工，加工內孔槽採用斷屑切削，利用切槽循環指令G75來加工每一刀，使切削出來的切屑呈較短的弧狀碎塊，而不是以前的帶卷狀，使加工切屑有足夠空間排出孔外，不至於被堵塞而擠斷內槽刀；同時給刀具充分的冷卻，要用數控機床專用切削液對刀尖部位冷卻，主要起到充分冷卻和衝出加工碎屑的作用。

在第一刀加工完後，用指令M00暫停運行程序，用小彎鉤及時鉤出小孔及槽底殘留的積屑，再進行加工第二刀，同樣必須及時清理出內槽里的積屑，使內槽刀的切削刃不被擠壓，延長刀具使用壽命。編程如下：

T0808；

M3 S900； （主軸正轉，轉速900r/min）

M08； （切削液開）

G00 X5.8 Z1；

Z-5.8； （快速定位至5.8mm，左端面留0.2mm餘量）

G75 R0.2：

G75 X8.10 P200 F0.03；（切槽循環指令G75）

G01 Z2 F0.1； （退出工件）

G00 X100 Z100 M9；

M00； (程序暫停，勾出內槽殘留切屑）

M3 S900；

G00 X5.8 Z1 M8； （快速定位至孔外）

Z-5.0； （第二刀右端槽面留0.2mm餘量）

G75 R0.2；

G75 X8.10 P200 F0.03； （切槽循環指令）

G01 Z10 F0.1； (退出工件孔口）

G00 X100 Z100；

M5；

…

精加工內孔槽及程序。由於選用的刀具為整體硬質合金材料，其刀具的切削刃寬為1mm，根據其高硬度、耐磨性的特點，故取較高主軸轉速s=1 800r/min，低進給速度f=0.02mm/r進行精車加工，由於加工餘量小，加工餘量只有0.2mm左右，能夠保證內孔槽φ8.30+0.036 0mm、R0.3mm、R0.2mm和表面粗糙度的要求。

具體程序編製如下：

T1010；

M3 S1800； （主軸正轉，轉速1 800r/min）

G00 X5.7 Z1 M08；

G01 Z-6 F0.15； （定位至加工槽深度L=6mm）

W-0.3；

G01 X6 F0.05；

G03 X6.6 W0.3 R0.3； （圓弧插補指令車制R0.2mm）

G01 X8.3 R0.3 F0.02； (內槽1底徑尺寸及R0.3mm）

Z-5.5；

G00 X5.7；

Z-3.0；

W-1；

W0.3；

G01 X6 F0.05；

G02 X6.6 W-0.3 R0.3； （圓弧插補指令車制R0.2mm）

G1 X8.33 R0.3 F0.02； （右槽端面底徑直徑尺寸及R0.3mm）

Z-6.01 R0.2 F0.025；

X5.7； （退刀至φ5.7mm）

G01 Z20 F0.2； （退出工件孔口外）

G00 X100 Z100；

M09；

M05； （主軸停止）

…

最後加工內槽2尺寸，加工步驟為車制內螺紋心軸M16×1.5，以螺紋定位光端面，保證總長尺寸並制15°角，然後同樣用G75指令粗加工內槽φ7mm，孔槽底徑留0.1mm餘量，然後再精車內槽φ7+0.1 0mm，保證槽2尺寸及相關尺寸至要求。

3.數控加工實際效果

為了說明該數據加工工藝的合理性、可行性及有效性，在某機械加工中心採用新的工藝方法和傳統工藝方法進行同時加工一批零件，驗證實際加工的效果。結果表明採用新方法使加工效率提高57.1%，加工工序減少50%，產品合格率提供到99.5%。詳細情況如表2所示。

表2 加工工藝優化前後對比表

4.結語

傳統工藝方法加工小孔徑內孔槽加工效率低、槽內徑超差、工人的勞動強度大，產品的合格率也偏低。本文以數控機床為基礎探討了加工該類型零件的工藝方法，通過實際加工結果表明，採用數控設備、合理選擇刀具、優化加工工序、設定合適加工參數及數控程序，可使小孔徑內孔槽類零件堵塞螺栓的產品加工質量得到大幅提高，合格率提高到 99.5%，加工時間大大縮短，不但降低了工人的勞動強度，也提高了工作效率。同時，該方法是全功能數控車上加工小孔徑內孔槽類零件工藝方法的初探，可以作為加工各種套筒類小孔徑內孔槽、多台階內孔槽、多溝槽類內孔槽等零件工藝方法的借鑒。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！