某型控制棒驱动机构移动支撑套制造工艺研究

陈正

摘要：本文介绍了某型控制棒驱动机构移动支撑套的结构特点和精度要求，分析了主要的制造工艺难点并通过设计专用刀具、专用夹具、采用POWERMILL编程软件编程以及加工试验等多项措施掌握了该零件的制造工艺。

关键词：移动支撑套；制造工艺

【中图分类号】TH162

某型控制棒驱动机构是国内自主设计的步进式磁力提升机构，其主要由承压壳体部件、钩爪部件、磁轭线圈部件和驱动杆部件组成。

钩爪部件中的移动支撑套结构最复杂，精度要求最高，为攻克其制造难点，掌握其制造技术，对相关制造工艺进行了研究分析。

一、结构及技术要求分析

（一）结构特点

移动支撑套材料为奥氏体不锈钢SA-479 304。最大外形尺寸为Φ97×260，属薄壁筒状结构，外圆周向三组高精度均布小孔，一侧有键槽孔及相应销孔，部分外圆及内孔镀铬处理，外形结构如图1所示。

（二）主要技术要求

1.对指定部位镀铬处理，内孔以及三组均布孔Φ9要求镀铬处理；

2.三组Φ9孔：孔径公差±0.007，相对中心内孔位置度要求Φ0.05、相对阶梯端面位置度要求0.05、相对腰形槽中心线位置度要求0.05、孔心距要求0.025；

3.键槽位置度要求：相对中心内孔轴线和底部端面位置度要求0.1；

4.内外圆同轴度要求0.05；

5.所有表面粗糙度要求Ra1.6。

二、主要工艺流程

根据对移动支撑套的结构特点、材料加工特性、图纸技术要求等分析，制定出了移动支撑套的制造工艺流程。

主要的工艺流程为：毛坯→机械加工→无损检验→表面处理→无损检验→机械加工→清洗→入库。

三、主要工艺难点及解决措施

（一）加工难点分析

1.材料为SA-479 304奥氏体不锈钢，具有加工硬化严重、加工切削力大，断屑、排屑困难、切削温度高、加工易变形等特点。

2.三组Φ9孔精度要求高：孔径公差±0.007，且需同时满足相对中心内孔位置度要求Φ0.05、相对阶梯端面位置度要求0.05、相对腰形槽中心线位置度要求0.05、孔心距要求0.025。

3.键槽及腰形槽对称度要求0.05，相对中心内孔轴线位置度要求0.2，另外还有较高的位置度要求。

4.薄壁零件：外径与壁厚之比达11：1，且内外圆同轴度要求0.02。

5.材料塑性大，所有表面粗糙度要求Ra1.6，材料表面不得划伤。

（二）解决措施

该零件车削加工相对简单，但腰形槽、键槽、Φ9孔等铣削加工难度较大，因此，本文重点就腰形槽、键槽、Φ9孔等铣削加工难点的解决措施进行分析。

1.刀具选择

针对本零件材料和难加工部位结构特征，有针对性地选取相应加工刀具。

（1）腰形槽加工：

粗加工及半精加工阶段，因波纹立铣刀加工不锈钢件具有切削轻快、振动小、切屑易碎的特点，采用波纹立铣刀进行粗加工及半精加工；精加工阶段，采用硬质合金立铣刀加工。

（2）Φ9高精度孔加工：

Φ9孔孔径公差达到了±0.007的高要求，同时伴随有多个位置度要求，且表面粗糙度要求Ra1.6。一次钻孔难以保证加工精度，因此需要分粗、精加工。

考虑到该孔公差要求高，采用普通刀具无法实现直径方向的大小调节，刀具使用寿命低。为解决该问题，设计了专用可调式铰刀，如图2所示。通过旋紧或放松锥形调节块可以控制铰刀体直径方向的变形量，达到要求的尺寸。采用该刀具可以减少试刀次数，从而延长刀具的使用寿命，提高加工效率。

2.专用夹具设计

对零件的分析可知，零件结构较复杂，材料塑性大，这就要求夹紧方式及夹紧力应确定得合理以防止零件变形。零件已经在上工序完成车削加工，外圆尺寸及轴向尺寸已经加工到位，表面质量较高，夹具与零件接触过程中要保证避免划伤零件表面。这就要求在夹具设计中应考虑到零件表面防护和满足加工要求。

3.數控编程

（1）编程方式选择

选择具有较强三维造型功能的PRO/E软件作为零件的三维造型平台，采用Delcam公司出品的PowerMILL软件作为数控编程及仿真软件。PowerMILL软件功能强大，可以提供全面的加工策略，产生最隹的加工方案，可以对2-5轴的数控加工包括刀柄、刀夹进行完整的干涉检查与排除。具有集成一体的加工实体仿真，可以在加工前了解整个加工过程及加工结果，节省加工时间。

（2）加工策略参数设置

加工策略的选择主要考虑加工部位以及粗、精加工等方式，按照实际加工情况根据不同部位特征选用刀具和加工策略。

（3）刀具路径仿真

PowerMILL软件具有功能强大的可视化刀具路径仿真功能，可以直观地模拟实际加工时的刀具路径运动情况，可以检查过切、碰撞和加工质量情况。仿真时系统可以按照可控的速度模拟整个加工过程，可以检查加工过程的正确性和合理性，从而减少实际零件的试验切削次数，降低成本。图3为本零件加工过程中的刀具路径检验仿真图。

（4）NC程序生成

在刀具路径生成及仿真检查完成后，通过PowerMILL软件提供的后置处理模块经过自动处理后可以快速生成机床可以识别的NC代码。

（三）试验加工结果分析

将PowerMILL软件生成的NC代码传入机床，进行实际切削加工试验。加工完成的零件在清理去毛刺后，采用三坐标测量仪进行测量。三座标测量结果显示零件加工结果满足图纸要求。

本文对某型控制棒驱动机构移动支撑套的结构特点、材料加工特性和主要技术要求进行了分析，对关键加工难点进行了详细分析。针对关键加工难点，采取了一系列解决措施，最后将PowerMILL软件编程得到的NC代码导入机床进行了实际切削试验，得到的结果显示试制件各项指标满足图纸要求，从而掌握了该零件的制造技术。

参考文献：

[1]王建勋，周青云. 数控机床刀具和刀具材料的发展动向. 机械设计与制造. 2005，（4）： 117-119

[2]寇文化. PowerMILL10.0数控编程技术实战特训.北京：电子工业出版社，2012