典型车铣复合零件的数控加工工艺分析

罗平尔，顾 涛

（苏州工业职业技术学院，江苏 苏州215000）

车铣复合零件的加工，不是简单的车铣结合，需要考虑加工先后次序和装夹方案，以保证精度。以注塑机中的一个零件——连接环为例，分析车铣复合的数控加工工艺。该零件整体外形为一圆盘状，上有外圆、内孔、端面、沉头孔、螺纹孔、U形开口槽等特征，圆盘中间有一组台阶孔，圆盘端面有一圈圆周孔和一组开口U形槽，是典型的车铣复合零件，且内孔的加工精度要求较高，零件端面上的圆周孔和U形槽加工精度一般。

1 图样分析

连接环零件图样如图1所示。零件材料为AISI 1045，查阅机械设计手册，可知AISI 1045为美国材料牌号，对应国内牌号为45#钢，属于优质碳素结构钢，加工性能好，加工变形小。连接环主要加工内容见表1.

图1 连接环零件图

表1 加工内容

此连接环的主要加工难点为Φ135h7外圆直径和Φ70H7内孔，此外端面上的孔和外圆内孔需要使用不同的机床类型加工，需要车铣复合加工。

2 制定工艺路线

根据零件尺寸和机床性能，并考虑零件装夹要求，选用直径140 mm长度为26 mm的棒料作为毛坯。此零件分3次装夹，选用棒料做毛坯，第一次使用数控车床完成外圆，内孔的加工，第二次使用数控车床完成零件总厚加工，第三次使用加工中心完成沉孔、螺纹孔、U形槽的加工。

（1）备料45#钢棒料，Φ140mm×26 mm.

（2）钻孔钻Φ40孔。

（3）车外圆内孔三爪卡盘装夹，车端面、外圆、内孔。

（4）车总厚三爪卡盘装夹，车端面，保证总厚。

（5）打孔铣槽：三爪卡盘，打沉孔，螺纹孔，铣U形槽。

3 夹具选用

零件分3次装夹，加工左端时，以毛坯外圆作为基准，选用三爪卡盘和软爪装夹，零件伸出量为21 mm，装夹简图如图2所示。加工右端时，采用已经加工完毕的Φ135H7 mm外圆作为定位基准，选用三爪卡盘+软爪装夹，为保证已经加工完毕的Φ135h7 mm外圆表面不被夹伤，可以在装夹部位垫铜皮，装夹简图如图3所示。在加工端面上的孔时，采用已经加工完毕的Φ70H7 mm内孔作为定位基准，选用三爪卡盘+反爪装夹，为保证已经加工完毕的Φ70H7内孔表面不被夹伤，可以在装夹部位垫铜皮，装夹简图如图4所示。

图2 加工右端装夹

图3 加工左端装夹

图4 铣削加工装夹

4 刀具和切削用量选择

（1）外圆刀及切削用量的选择[1]

外圆加工分粗精加工，选用SANDVIK系统刀具，根据加工内容，选择DCLNL2020M09刀杆，为与刀架相匹配，使用菱形刀片，分别选择CNMG090408-PR和CCMT090404-PF刀片，CNMG090408-PR刀尖R角略大，刀具强度高，刀尖锋利程度低，适合粗加工，CCMT090404-PF刀尖R角小，刀具强度低，刀尖锋利程度高，适合精加工。由于本零件的外圆较大，所以粗车转速选择转速600 r/min，以保证线速度不会过大。根据粗车尽可能快地去除多余的材料的原则，结合SANDVIK刀具手册，选择切深2.5 mm，进给0.25 mm/r.精车为保证表面粗糙度兼顾效率，选择转速600r/min，切深2.5 mm，进给0.25 mm/r.

（2）内孔车刀及切削用量的选择

一般而言，车削内孔时，必须现在棒料上打预孔，预孔尺寸尽可能大，一般以小于零件图上最小内孔3~4mm为最佳。但是，本零件的最小孔径较大，由于选用的机床限制，所能安装的钻头最大为Φ40mm，只能钻削Φ40 mm的孔，故最终预孔孔径为Φ40 mm.根据预孔孔径，选择20M-SCLCR06的刀杆，该刀杆直径较粗，刚性较好。

内孔直径相对外圆较小，转速可以适当加大。车削内孔时，由于切削条件较差，而且内孔刀刀杆一般比外圆刀刀杆刚性低，所以车削内孔的切削深度要比车削外圆小。所以，本零件粗车内孔时，选择转速1 500 r/min，切深 2 mm，进给 0.2 mm/r.选择转速1 800 r/min，切深0.3 mm，进给0.1 mm/r.

（3）沉头孔加工刀具及切削用量的选择

沉头孔为安装螺栓用的，精度要求不高。所以采用钻孔完成，首先采用R840-0500-30-A0A型号的钻头，钻Φ6mm的通孔。由于钻头直径较小，查阅SANDVIK刀具手册，采用转速 1 500 r/min，切深6 mm，进给 320 mm/min.然后选用 R216.32-15030-AC10P型号的平底钻，钻Φ15mm的沉头孔，可以节约铣削的时间，提高加工效率。由于钻头直径较大，根据切削用量手册，采用转速800 r/min，进给80mm/min.

（4）U型槽加工刀具及切削用量的选择[2]

加工U型开口槽时，可以采用与U型槽等直径的刀直接加工，也可以采用比槽宽小的刀加工。采用与U型槽等直径的刀直接加工的优点是效率高，编程方便，缺点是尺寸由刀具决定，不能通过程序调整；采用比槽宽小的刀加工的优点是尺寸可以由程序决定，调整方便，缺点是效率相对低。考虑到U型槽的公差为0.1，为了保证U型槽的加工精度，不能采用Φ10 mm的立铣刀直接加工，需要用小于Φ10mm的铣刀，编程铣削外形来保证，又考虑到刀具的刚性和加工效率，故采用Φ8 mm的立铣刀，型号为R216.32-08030-AC10P，查阅SANDVIK刀具手册，采用转速3 200 r/min，切深2mm，进给800mm/min.

（5）螺纹孔加工刀具及切削用量的选择

M6螺纹的加工，Φ5mm的钻头钻底孔，然后选择M6×1的丝锥攻丝，攻丝的时候，需要保证进给量=转速×螺距，所以转速1 000 r/min，进给1 000mm/min.

5 加工总结

本零件在加工工艺设计中的特殊之处，主要表现为以下几个方面：

（1）灵活应用了三爪卡盘。三爪卡盘是一种应用广泛的通用夹具，不但可以用在车床上，也可以用在铣削加工中心上，三爪卡盘可以使用正爪来夹持外圆，也可以使用反爪来夹持内孔，保证了多次装夹的同轴度。

（2）在加工此连接环圆周上的U型开口槽时，采用比槽宽小的刀加工，以较好地保证精度。

6 加工建议

在铣削加工中心上对圆形零件进行对刀时，因为外圆已经加工到位，所以可以使用机械式寻边器。使用机械式寻边器对圆形零件进行寻边时，在寻X方向时，要保持Y轴坐标不变；在寻Y方向时，要保持X轴坐标不变。

7 结束语

车铣复合零件的加工，主要需要考虑车床和铣床的装夹问题。随着数控技术的发展，车铣复合数控机床的使用将越来越普遍，车铣复合零件加工时，可以有效减少零件的人工装夹和搬运时间，提高效率[3]。

[1]曹智梅.浅谈圆锥体的切削加工[J].机电工程技术，2007，（12）：103-105.

[2]邓朝晖，姚田森.加工中心一次走刀立铣切削参数优化的研究[J].机械设计与制造，2005，（5）:99-101.

[3]李德珍，李宪凯.五轴车铣复合加工技术的现状与发展趋势[J].航空制造技术，2009，（12）:47-50.