李丽萍

（厦门工学院 机械与制造工程学院，福建 厦门 361021）

1 盘类零件结构分析

盘类零件主要是由端面、外圆、内孔、台阶面、槽、四周排列孔等组成，属于同轴回转体，其主要特征是轴向尺寸比径向尺寸小。在各类机构连接中，盘类零件主要有传递动力、改变方向的功能，同时兼顾轴向定位和密封作用［1］。为了强化支承，拓展连接功能，在该类零件周边增加凸台、凹坑、环绕孔等结构［2］。盘类零件在加工中主要存在两端平行度、内外圆柱同轴度及重点尺寸加工精度等问题，本文主要从加工基准的选用、切削参数的优化、刀具角度的优选、专用夹具的设计等途径出发来解决上述问题。

2 盘类零件加工工艺过程分析

2.1 毛坯选择

以某法兰盘为例，其零件图如图1所示。从图1可知，该零件结构简单，精度要求较高，可选用材料HT200，其具有良好的铸造性能和减震性能。故毛坯类型确定为铸件，且3－Φ11和3－Φ18的内孔不铸出，安排在切削加工中完成。制定法兰盘加工方案时，重点考虑回转平稳性的因素，兼顾高强度、高韧性、高耐磨性的基础要求。

2.2 加工方法选择

从图1的标注来看，外圆Φ70k6采用粗车、精车完成；内孔Φ30H7采用粗镗、精镗可以满足要求；另外从两者间的同轴度要求来看，Φ70k6外圆和Φ30H7内孔的加工应采用统一定位基准。

从长度45和长度20两处右端面间的位置公差来看，两处加工时应采用统一定位基准，用粗车、精车、磨削的方法。环绕孔的加工基于其同轴度要求，采用专用夹具完成定位装夹，采用钻孔、扩孔的加工方法。

2.3 定位基准的选择

从主要加工面Φ70k6外表面、Φ30H7内表面、右端面、右阶梯面、环绕孔出发，兼顾定位基准和设计基准重合的原则，定位基准可作出如下的选择：

首先，以左端外圆Φ70为粗加工的定位基准，粗车Φ76k6外表面和长度为20的台阶面、Φ120外表面和长度为45的端面。掉头，以粗加工后的Φ120外表面作为定位基准加工左端Φ70的外表面及长度为45的左端面、长度为18的台阶面。用铜皮包住粗车后的Φ70外表面作为精基准，精加工Φ70k6的外表面、长度20的台阶面及Φ120外表面、长度45的端面，同时保证右端面与基准面A、基准面B之间的位置精度（平行度和垂直度）；Φ30H7内表面采用粗镗、精镗加工，并保证其与外表面的位置精度（同轴度）。再掉头，用铜皮包住精加工后的Φ120外表面作为定位基准，精车Φ70外表面、左端面及台阶面，粗镗、半精镗Φ60H11和4×Φ62。最终工序定位基准选取Φ30H7的内表面，环绕孔经钻、扩两个工步完成；后磨削Φ70k6外表面、端面及台阶面，同时完成2×0.5的外槽及倒角C2的加工。

从这套加工方案来看，由于Φ70k6外表面和Φ30H7内表面经一次精加工完成，故两者间的位置精度得以保证。因右端面和基准面A、B有较高的位置精度要求，故在定位元件选用中，采用心轴定位磨削相应端面和台阶面，以保证位置精度要求。

2.4 装夹方法及夹具设计

法兰盘上环绕孔在加工时，主要考虑其与内孔的同轴度要求，但由于法兰盘的其他表面加工需经多次装夹完成，其几何精度难以保证。此时选择内孔定位，采用专用夹具来解决上述问题。

专用夹具的设计以环绕孔的同轴度作为基点，设计原则是先定心后夹紧，定位与夹紧一起完成［3］，采用自动夹紧方法来实现。专用夹具结构如图2所示。

图1 法兰盘

图2 专用夹具结构

专用夹具的主要特点是：定心精度好，可实现法兰盘环绕孔的同轴度要求；夹紧方便可靠，可以避免因夹紧引发的工件变形问题。液压缸驱动拨叉提供夹紧动力，简单方便带动卡爪运动实现工件的夹紧，定位销3的上表面设计成球面形式，可防止工件表面在定位夹紧过程中出现表面划伤等缺陷。

2.5 长度20的右端面表面粗糙度问题

在加工长度20的右端面时，在靠近边缘的部位容易产生振纹，严重影响表面粗糙度。直径变化大是产生振纹的主要原因，采用恒线速功能（指令代码G96），则可有效避免端面振纹问题，提高表面质量。

2.6 加工工艺过程的制订

通过以上分析，可得出法兰盘的加工工艺过程，如表1所示。

3 套类零件结构分析

以某联接套为例，其零件图如图3所示。该联接套零件主要由同轴度要求较高的内、外圆柱面组成，主要起支承和导向作用。套类零件在切削加工时易产生变形，导致零件的尺寸误差和形位误差较难达到要求［4］。主要有两点原因：一是壁厚较小，产生受力变形；二是加工过程中的散热较差，易产生热变形。以上问题，主要从工件装夹、切削参数及刀具角度等几个方面考虑入手加以解决。

4 套类零件加工工艺过程分析

4.1 毛坯选择

从图3可知，联接套尺寸较小、结构较简单，且无需焊接，所以毛坯选择45钢棒料。

表1 法兰盘的加工工艺过程

图3 联接套

4.2 加工方法选择

从结构分析可知，零件主要加工表面是内、外圆柱面和内、外台阶面。外圆柱面和外台阶面的加工方法采用粗车、精车；内圆柱面和内台阶面的加工方法采用粗镗、精镗可以达到要求。

4.3 定位基准及装夹方法的选择

制定连接套的加工规程时，主要保证内、外圆的同轴度要求和内、外台阶端面对轴线的跳动要求，同时采取有效措施防止薄壁变形。

采用可胀心轴作为定位元件时，要特别注意联接套薄壁处的工艺变形情况，控制好工件装夹时径向压力的大小。采用橡胶垫可以减轻工件在切削过程中由于工艺系统产生的振动等不利现象，从而提高薄壁套类零件的加工工艺性能。

4.4 合理选用刀具角度

本例的套类零件加工，毛坯选用45钢棒料。切削刀具前角γ0对切削力的大小和刀具的锋利程度有重要的影响，在一定范围内前角选大一些，可以降低套类零件切削变形的程度，减小刀具和工件间的摩擦力，故切削力变小，加工质量变好。车刀后角α0主要影响刀具后刀面和工件过渡面间的摩擦力大小，后角选大些，可使摩擦力减小［5］。车刀主偏角Kr的大小将直接影响背向分力的大小，主偏角越大，背向力越小，可改善车削加工工艺系统的振动情况；工件散热情况的改善，可通过减小副偏角Kr′、降低刀具与工件间摩擦阻力来实现。

4.5 切削用量的优化

从零件主要加工表面的技术要求出发，对切削速度、进给量、背吃刀量三个要素进行综合选择。精加工时，背吃刀量控制在0.08mm～0.15mm之间，进给量控制在0.12mm／r以内，切削速度控制在80m／min～120m／min之间。

大量切削热的产生会导致工件膨胀变形，尺寸精度难于达到要求，选用浓度大一些的切削液，采用浇注的方法［6］来降低切削温度，改善工件表面粗糙度，同时可减轻刀具和工件之间的摩擦力，提高刀具耐用度。

4.6 联接套的机械加工工艺过程

综上所述，可列出联接套零件的加工工艺过程，见表2。

5 结论

盘套类零件是机械加工中很常见、很重要的零件，此类零件通常采用数控车削的加工方法来实现。在完成此类零件的加工过程中，常见的主要问题是：定位基准和装夹方法的选择不当造成零件主要加工面的尺寸精度和形位公差无法达到图样的要求，专用夹具设计不当造成定位误差超差等问题。通过减少装夹次数、选择最佳定位基准、合理安排加工阶段和热处理方式等方法可解决上述问题。

表2 联接套机械加工工艺过程