液压阀制造中应用硬车切削试验的工艺系统配置

针对液压支架所用的阀类零件加工要求，分析硬车切削试验时的工艺系统配置。要分析数控车床(床身组件、主轴组件、导轨刀台组件等)、刀具系统、工装夹具系统方面的组合配置。

1 硬车切削实验零件

选择液压支架所用的阀类型零件进行硬车切削试验的加工对象，其具体的零件如图 1 所示。

图 1 所示零件是液压支架用阀零件中适合采用硬车工艺的连续加工代表性零件，不论从零件的结构特征还是产品的精度要求等方面都同样具有普遍的代表性。 以此进行工艺试验，其试验结果对液压支架用阀零件的硬车加工将具有普遍的指导意义和应用价值。 图 1 零件材质 3cr13 ，零件硬度hrc52～57。

2 数控机床的确定

根据液压支架阀类型的结构特点，选择数控车削中心作为加工设备。 主要考虑数控车床的床身、主轴组件、导轨、刀塔的刚性。

在硬车工艺系统中数控车床刚度及其精度对硬车削的加工精度起主要的决定作用。 随着国内外数控车床设计、制造和应用技术的不断发展，目前市场上的数控车床大都采用了许多增加机床刚性、减少机床热变形、提高机床精度及精度保持性等方

面的措施，使得数控机床的外部造形、整体布局、传动系统以及刀具系统等方面都发生了很大的变化。当机床的静态刚性一定时(不再可能增加)，采用增加阻尼等措施来增加机床的动态刚性是很有必要的。 因为硬车的加工质量、刀具寿命等都与机床动态刚性有关。 高的机床动态刚性的意义在于：减少加工过程的振动、有效提高刀具寿命、更好的零件加工质量、更高的生产效率、最少的机床及其切削参数的调整。 只有所有这些特征的尽可能优化组合才能为在数控车床上实现硬车加工工艺提供必要的可行性和可靠性。

综合对数控车床各主要组件在硬车切削加工方面的性能要求和对具体机床的相应结构及其性能分析采用美国哈挺公司设计制造的 quest 系列数控车床(车削中心)家族中的 gt27 数控车床。 该数控车床采用 harcrete 花岗岩聚合物床身的超高减振结构，使得其良好的刚性和热稳定性保证了加工工件的尺寸精度和表面光洁度。 床身直接放在地面上的防振垫板上，从而形成了强固的四点支承系统;互换式具顶板的燕尾结构，在切削过程中能产生最大的构刚性和刀具夹持力。 牢固的新型燕尾刀具系统， 可在大范围选用圆柄和方柄刀座，以尽量减小刀具振颤，振动和磨损，从而保证精确加工和良好的表面光洁度。 gt27 数控车床具有适合硬车加工的机床刚性、夹具系统刚性(直接式弹簧卡头)、 良好的抗振性能、 高刚性的装夹刀具系统等。

3 硬车刀具配置

在用于硬车加工的数控车床的配置条件基本满足的前提下，刀具系统的合理配置对硬车试验的成功与否起着关键的作用。 选择刀具系统当然包括刀杆、刀片及其自身的装夹系统。 系统的刚性需要重点考虑，然后是刀杆、刀片等按照工艺条件和经济性等方面的综合评价选择。 高质量的硬车加工不仅要求高刚性的轮廓加工机床，同时要有与之相适应的硬车加工刀具。 根据目前硬车技术的研究和实践，用于硬车加工的刀片中立方氮化硼(cbn-cubicboron nitride)刀片具有明显的被选择优势。 刀具的几何结构特征对硬车也有一定的影响， 有研究表明通过使用正确的刀尖圆弧半径、进给率或新的修光刀片技术组合，硬车削能获得比磨削更好的表面光洁度。 在刀具的几何结构特征中对实现硬车的影响，主要包括刀尖圆弧半径、刀具刃口修磨与棱边、刀具前角、后角、余偏角、副偏角和刃倾角等。 综合考虑选择型号为 np-dcmt11t304fw2jr mb8025用于图 1 类型的连续加工表面的零件的硬车工艺试验：

具体代号意义如下

np———新型小刀头。 焊接式，超强的焊接强度，按不同用途对刀刃进行修磨，使连续和断续切削性能提高，小刀头刀片寿命长、费用低，工具管理容易，生产效率提高;

d———刀片形状代号，代表 55°菱形刀片;

c———刀片后角为 7°;

m———刀片精度等级为 m 级。 具体精度指标为：刀尖高度允差±0.025 mm、 内接圆允差±0.025 mm、厚度允差±0.13 mm;

t———刀片有中心孔和断屑槽。 精密级断屑槽(如 pk 型)用于钢的精密加工，切削处理性能佳，适应于微小切深和小进给;磨削型断屑槽(如 fs 型)用于精密精加工， 切削处理性能优于狭棱边断屑槽，刀刃锋利，加工表面质量良好。 断屑槽类型已标准化、系列化，直接与相应的刀片类型匹配;

11———刀片切削刃长度;

t3———刀片厚度 3.97 mm;

04———刀片的刀尖圆弧半径 0.4 mm;

f———刀片用途，用于连续切削;

w———刀片具有修光刃;

2———刀片有 2 个切削刃;

j———刀片的主偏角为 93°;

r———刀具的进给方向为右进给方向;

mb8025———刀片材质代号， 主要成分是 cbn(微粒)、tin、al2o3。 采用最新烧结技术(粉末活性烧结法)，为中速连续切削到高速断续切削的第一推荐材料。

根据刀片的选择和数控车床的刀具装夹要求，同时兼顾刀杆对 iso 刀片的通用性，选择具体型号规格为 sdjcr1212f11 的刀杆，具体的代号意义是

s———夹紧机构代号，代表螺钉压紧型;

j———主偏角代号，代表 95°主偏角;

1212———刀柄断面，代表 12 mm 的方刀柄;

f———刀柄长度，代表 80 mm。

在硬车加工过程中，刀具的安装的悬伸应当尽量短，刀具的安装中心尤其重要，特别是对于小直径零件的加工，刀具保持对中，外圆加工时绝对不允高于零件中心，里孔加工时绝对不允许低于零件中心。 为了减少镗削加工时的刀具受力可以采取以下措施：使用正前角为 55°或 35°刀片;选择尽可能小的刀尖圆弧;减小切深;降低进给速度;提高切削速度等。 刀杆(刀体)的安装时采用螺钉压紧方式可以，采用套筒式夹紧更好，采用刀体全长度夹紧方式最好。

4 夹具及装夹方式

在数控机床、刀具等工艺系统确定以后，用于硬车工艺试验的加工零件的装夹方式、 定位精度、装夹系统刚性等对硬车工艺试验的成功同样起着关键的作用， 因此合理地选择工件的装夹方式，采用合适的夹具是硬车工艺试验的一项相当重要的环节。

传统的车床加工采用的是三爪卡盘的方式，到目前为止大多数的数控车床仍然采用这种传统和通用的装夹方式。 它属于单点接触方式，夹紧力相对较小、夹紧系统的刚性较差，由于受卡爪的磨损、主轴旋转的较大离心力等的影响其动平衡能力较低，使其绝对转速受到限制。 一般不能用于机床主轴速度要求很高的切削加工的工艺系统中。 于是在机床制造商的设计研究中就开发和应用了弹簧夹头的面接触(见图 2)加工零件装夹方式，极大地增加了零件夹紧力、 减少了主轴高速运转时的离心力，有效地增加了工艺系统的刚性，使其在高速车削和硬车加工工艺中得到广泛的应用。

工件装夹是否可靠， 直接影响硬车的质量 ，希望最小的切削点到主轴前轴承的距离，以增强工艺系统的刚性，尽量减少使用快换夹具系统。 液压支架所用阀类零件的装夹方式选择哈挺轮廓适应弹簧夹头(scc)，该装夹方式使得棒料的硬车加工能力上了一个新的台阶。 哈挺轮廓适应弹簧夹头有一系列的尺寸和形状可以满足外径和内径的夹紧需求。轮廓适应弹簧夹头定心度好，夹紧力适中，并且可以在工件上实施多点夹紧。 在非圆零件上径向分布着 8 个以上的独立夹紧点，每一个卡爪的压力均相等。 因为这种夹紧系统可以使零件的形状尽可能保持初始状态，零件在加工后的圆度可以比未加工前平均提高 9～11 倍。

5 结语

综合前面分析，在对液压支架所用的阀零件图 1进行硬车切削实验时其工艺系统的设置为：数控设备选择适合硬车加工的美国哈挺公司制造 quest 系列 gt27 数控车床; 切削刀具的选择主要选择刀具的材料、 刀片的几何结构特征和装夹刀具用的刀杆; 加工零件的装夹工具选择 gt27 机床直接配置的最新型的可适应弹簧夹头装夹。