談盲孔內反倒角加工工藝

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了談盲孔內反倒角加工工藝范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

關鍵詞：盲孔；反倒角；機械加工

引言

機械加工行業(yè)經(jīng)過長期發(fā)展，已經(jīng)形成了許多非常完善的加工方法，如車、鉗、銑、刨、磨等，這些加工方法單獨應用或相互組合，可以完成許多零件特征，如孔、槽、曲面等的加工。設計人員在設計零件時所設計零件的特征也是從這些可加工特征中進行選取，以保證零件的工藝性。但在某些特殊情況下，為保證零件的功能，設計人員會設計出一些反常規(guī)的零件特征，這些零件特征用常規(guī)方法無法加工，如果采用3D打印等方式進行零件制造，由于零件所有特征中只有一個或幾個特殊特征，即特殊情況占比太低，使用3D打印制造性價比不高；其次，3D打印作為一種全新的加工方法，目前制造成本偏高，而效率又很低，如果用于零件制造，尤其是批產(chǎn)零件的制造，成本和效率都無法承受；再之目前3D打印所能加工的材料性能不佳，不一定能夠滿足零件的使用要求。以上三個難點限制了新方法在零件加工中的應用，針對零件特殊特征的具體情況，需要有針對性的采取一些改進措施，以確?？梢栽谑褂脗鹘y(tǒng)機械加工設備和工具的條件下，或者僅對設備或工具進行一定成本可控的改進的條件下，就可以完成零件的加工。這樣不但可以保證零件的使用性能，而且可以有效的大幅降低零件的加工成本，提高加工效率，保證零件的使用性能。本文介紹了一種有盲孔零件，在盲孔內有反倒角，使用普通方法無法加工。通過對零件特征進行分析，最終采取了通過改制刀具，并結合數(shù)控程序，在加工中心上完成了反倒角的加工，經(jīng)檢驗加工后的零件特征完全符合要求。該方法不但有效解決了零件加工的難題，也為其他類似問題提供了解決思路。

1零件介紹

某零件該零件為一閥類零件，結構尺寸為90mm×200.6mm×227.5mm，材料為鋁，整體質量為2.37kg，其結構示意圖如圖1所示。在圖2主視圖中A-A剖視符號位置有三個孔，為壓力油油口，主視圖及A-A剖視圖如圖2和圖3所示。從主視圖可以清楚的看到三個壓力油孔在整個零件上所處的位置。在三個壓力油孔中分別有3個直徑各自為準18.5mm、準20.5mm和準16.5mm的槽用于安裝密封件。原設計中槽口未設計倒角，在產(chǎn)品裝配過程中因槽口未設計倒角，導致其內部裝配的密封件被銳邊剪破而失去密封性。后期為保證密封件使用時的安全，在槽口設計了C1的倒角，以保證密封件使用時的安全。在零件加工時，這三個孔內的倒角可以分成兩類，其中倒角法向方向向上的3個倒角的加工比較簡單；但在槽上方的三個法向方向向下的倒角，由于方向原因難以加工，最初是由鉗工手工加工，但鉗工加工一是效率很低，加工出的倒角外觀和質量都很差，因此考慮能不能使用機床完成倒角的加工。

2結構分析

反倒角是否加工困難和零件的具體情況有關，有些情況就不難加工。例如對于回轉體中心線上內部的反倒角，如軸上孔內部的類似結構，使用數(shù)控車床就很容易加工。但從零件的結構可以看出，本文的零件有個五問題限制了加工方法的應用：（1）零件整體大體呈方形；（2）零件整體尺寸和結構重量都很大；（3）孔的尺寸相較于零件整體尺寸太??；（4）孔的位置在零件的邊緣；（5）零件上共有三個這樣的孔，每個孔的位置都不相同，情況不一致。因此對于這種零件來說，如果在數(shù)控車床上加工孔需解決的問題極其復雜。因此排除了使用數(shù)控車床加工的可能性，從現(xiàn)有機床條件考慮是否可以在數(shù)控銑床上完成零件的加工。對單個孔，由于都是盲孔，因此對倒角的加工只能在孔口一側進行。又由于該側孔口直徑小而孔內直徑大，普通的反倒角刀由于尺寸太大，存在干涉現(xiàn)象均無法使用，因此考慮其他工藝方法對反倒角進行加工。

3加工工藝方案

經(jīng)過對零件及孔的結構分析可以發(fā)現(xiàn)，三個孔的結構相似，三個孔可以共用同一個加工方法，但孔的位置不同，在加工時刀具在三維方向上需要改變三個不同的位置，車工加工刀具只能在兩個軸上移動，但銑工加工時刀具可以自由在三個軸上自由移動，考慮到孔內部結構的復雜性，最終確定此次加工在三軸數(shù)控加工中心上完成[1]。在加工刀具的選擇上，加工反倒角時最大的難度在于刀具的切削刃均在刀具的底面或側面，所加工的面的法向方向應和刀具相對，但反倒角面的法向方向和刀具方向相同，因此刀具的切削刃無法接觸到加工面。同時受孔內結構的限制，三個孔中孔口直徑最小的只有11mm，倒角到槽壁的單邊距離只有2mm左右，槽的寬度只有5mm，普通刀具在孔內不管如何移動均無法完成反倒角的加工，甚至會和零件發(fā)生碰撞造成事故。想要加工反倒角，只有設計制造專用刀具才能滿足加工對刀具的要求。通過對標準刀具改制使刀具具備了反向切削能力，并使刀具其他部分的尺寸滿足加工的需求。由于孔口的最小的孔直徑只有11mm，因此改制刀具的直徑最大也只能取11mm。因刀具尺寸過小，無法改制成太復雜的形狀，這決定了必須精確控制刀具在孔內的運動軌跡使用插補加工的方式。因此加工方案中須涉及控制刀具在孔內運動軌跡的數(shù)控程序。

4刀具改制

由于孔內的空間比較狹小，要防止刀具在加工中發(fā)生碰撞造成事故，刀具的尺寸必須嚴格限制，尺寸方面主要有以下四點要求：（1）刀具的最大直徑不能超過11mm，以方便進入孔中；（2）刀具要頭大脖子細，防止加工反倒角時刀柄和孔口發(fā)生碰撞；（3）刀具切削刃長度不能超過5mm，防止和零件發(fā)生碰撞；（4）刀具的直徑要盡可能大，提高刀具剛性，同時也為改制提供足夠的空間。由于普通銑刀外形為圓柱型，刀具直徑從上到下均一致，改制方便，同時銑刀的側齒有切削能力，因此選擇銑刀作為改制刀具的原料，圖4即為改制刀具的設計圖紙。將刀具后段的切削刃磨掉一部分，可以在刀具的上部加工出用于反向切削的切削刃，這樣刀具就可以對孔內的反倒角進行加工。同時，磨掉切削刃的部分直徑小于切削刃，可以避開孔口，在切削刃部分對反倒角進行加工時，刀桿部分不會發(fā)生干涉；同時切削刃部分要用線切割切短，只保留4mm長度，以保證不會與零件發(fā)生碰撞。刀具的選擇和改制，除了要注意刀具的尺寸防止發(fā)生碰撞外，還需注意以下五點：（1）刀具材料的硬度要好，防止刃部被加工后刀具整體的剛性發(fā)生較大變化，從而對加工過程造成不利的影響；（2）刀具磨細的部分在滿足反倒角加工需要的前提下，尺寸要盡可能的大一些，以保證刀具剛性；（3）磨細部分的根部要盡可能的保留圓角過渡，以避免應力集中；（4）刀尖部位磨出不大于R0.5mm的圓角，這樣加工出的反倒角粗糙度更好；（5）刀具的側齒要修磨鋒利或條件允許的情況下最好選用新刀進行改制，由于在加工過程中側齒也要參與到銑削過程，而且這樣改制的刀具是無法加工底齒的，所以鋒利的側齒可以盡可能保證加工質量，提高加工效率。這五點事項結合尺寸方面的四點要求，最終匯成改制刀具的九點要求，根據(jù)這九點要求，最終選定使用直徑為10mm的銑刀進行改制。

5數(shù)控程序編制

由于此次加工是在盲孔內進行，在程序運行過程中操作者無法對程序的運行進行直觀監(jiān)控，因此在數(shù)控程序編制上，要盡可能的做到程序易讀、易調試、易修改。考慮到使用為非標刀具，一些尺寸參數(shù)還需要調試，因此在編制程序時，將這些因素作為可變量寫入數(shù)控程序中，方便操作者根據(jù)不同的情況進行快速的調整。得到的數(shù)控程序如下[2]：在程序中，所有描述特征以及加工中需要調整的參數(shù)都以變量的形式進行了定義，變量#1定義為反倒角上端到零件上表面的距離，#2定義為孔口直徑，#3定義為切削刃的長度，#4定義為刀具半徑，#5定義為倒角的角度，這樣操作者的在使用和調試程序時可以大大簡化工作量，具體的操作流程是如下：在對刀過程中，操作者只需要將對刀點對到刀具底部，再根據(jù)刀具的實際切削刃長度修正#3值，即可保證刀具的加工點在軸向方向上對到了切削刃的上表面。最后根據(jù)程序說明調整其他變量，即可進行加工；文中程序的參數(shù)是對準11mm孔中的反倒角進行加工時的參數(shù)設置，只需對相應的變量進行調整，即可快速轉換成加工另兩個孔內反倒角的程序。程序操作簡單快捷，而且易于修改調試。另外，由于程序中對特征的描述都是參數(shù)化的，因此在加工其他參數(shù)不同的相似特征時，如角度或尺寸發(fā)生變化，只要刀具尺寸滿足加工要求，只需對相應參數(shù)進行修改即可快速應用于其他類似結構的加工。

6方法分析

該方法可以高效快捷的完成零件反倒角的加工，并且改制成本較低。經(jīng)實際加工并對實驗零件剖切檢查驗證，所加工C1倒角實際加工結果在C1.03~C1.1之間，粗糙度經(jīng)對比接近Ra3.2，經(jīng)驗判斷可以達到Ra4左右，由于粗糙度和程序步進的參數(shù)有關，Ra4已滿足設計要求，因此無必要繼續(xù)縮小程序步進的參數(shù)，否則會降低加工效率；如果粗糙度值不滿足要求，只需進一步縮小步進參數(shù)即可。該方法是零件反倒角加工的一種低成本解決方案，可推廣到其他類型結構的加工。但存在一定限制，主要有以下三點：（1）加工能力受反倒角和孔的尺寸比例限制，由于刀具要避開孔口，所以刀具的上部分要被磨細，如果反倒角尺寸過大，則刀具無法避開干涉，因此反倒角的尺寸一般不能大于入口最小尺寸的四分之一，否則無法按此工藝方案改制刀具；（2）槽的寬度有限制，如果槽的寬度太窄，則刀具需做的很薄，改制后的刀具無法保證足夠的剛性以保證加工順利；（3）反倒角的位置有限制，反倒角距離孔口越近，則刀具剛度越好，越利于加工；反之如果反倒角距離孔口越遠，則刀具懸出長度越長，剛性降低不利于加工；反倒角距離孔口的距離超過銑刀切削刃長度時，刀具無法按此工藝方案進行改制，也無法完成反倒角的加工。因此如果碰到以上三種情況，則該方法無效，還需對具體結構進行具體分析，嘗試新的工藝方法完成零件的加工。

參考文獻：

[1]黃冰，李勝.銑工工藝學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]杜軍.FANUC數(shù)控編程手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2017.

作者：翟建偉 單位：中國空空導彈研究院