高精度孔加工方法初探(1)

高精度孔加工方法初探

摘要：本文重点介绍了高位置度、高同轴度要求的孔组的加工与测量方法。

关键词：位置度、同轴度

一、引言

在机械加工中，有时会面对一些位置精度及同轴度要求极高的零件。如图1、2、3，这类零件的加工精度受机床自身精度、装夹定位误差、被加工材料及加工刀具等多种因素的影响而难以满足设计要求。一般来讲，位置精度要求小于φ0.03，同轴度要求小于φ0.03的零件，均属于形位精度要求极高的零件。在加工时若不能及时排除上述各种因素的影响，加工质量则无法保证。

图1

图2

图3

二、高精度位置孔的加工方法

1、影响高精度位置孔加工的因素

材料的性能及内部应力的消除情况，基准面的加工精度，如圆度、粗糙度、圆柱度，数控机床的定位精度和重复定位精度，主轴的刚性及旋转圆度，刀具的锋利程度、工件材料刚性、机床几何精度、零件装夹方法、切削速度、润滑冷却方式等有关。

2、具备有大型三坐标机测量方法的厂家，采用如下方法，如图4。

图4

例如某个公司，采用如图将零件装夹在龙门五面加工中心上面，工件找正方法是采用将千分表把2个φ196孔打正，将千分表从4处φ196孔穿进去，以相同直径大小打表检测基准φ660h7的4处外圆弧面，X、Y方向分中设定程序坐标原点。

首先将φ195孔加工到φ194h6,送三坐标机检测，数据如下：位置度为0.0022、0.0556、0.0223、0.0556；半径为434.9403、434.9788、435.0190、434.9656；弦长为615.1653、615.1444、615.1656、615.1363。

分析半径和弦长与理论值偏小，将加工程序多加大0.01，第二次将φ196孔加工到φ195h6,送三坐标机检测，数据如下：位置度为0.0647、0.0564、0.0917、0.0859；半径为434.9677、435.0045、434.9671、434.9760；弦长为615.1682、615.1435、615.1599、615.1400。

分析半径和弦长与理论值还是偏小，将加工程序再多加大0.01，第三次φ196孔精加工到位，送三坐标机检测，数据如下：位置度为0.0264、0.0458、0.0436、0.0305；半径为434.9868、435.0028、435.0172、435.0229；弦长为615.208、615.2、615.1912、615.2060。

通过三次加工，基本达到零件设计要求。这个例子说明加工中心不是万能的，要达到这么高的精度，需要反复试切，逐步逼近达到高精度要求。

3、对于没有大型三坐标机测量方法的，采用如图5方法。

图5

按照下面计算公式，计算半径和弦长：

2

22

22

12

1)

2

(

)2

(

)

2

(

)2(d D d D r R -+-+

=；2

42

52

32

4)

2

(

)2

()

2

(

)2

(

d D d D s L -+-+=

通过测量和分析计算半径和弦长与理论值的偏差，加工中心或者数显镗床显示的孔中心数显的坐标值，调整程序，将这些“游离”的位置点“拽”到正确的位置，保证位置度要求。如图6。

图6

没有大型三坐标测量机的厂家，采用数显镗床加工，半精加工后测量一次，用内分厘尺测量各个孔大小，外分厘尺测量半径、弦长数据。将行星孔中心与基准孔中心数显的坐标值、孔大小、半径、弦长所有数据进行分析，然后调借位置尺寸。最后精镗孔到位。将孔大小尺寸、半径、弦长数据、行星孔中心与基准孔中心数显的坐标值，由技术人员通过软件图形分析位置度，形成书面资料，不断地与客户三坐标机测量的数据进行验证，进行对比测量。形成有规律性的数据联系。

D

图7

4、对于图7零件，采用进口的高精度德国DMG加工中心，购买高性能HSK 63-A 刀柄，高刚性刀杆，微调镗刀头，锋利的刀片，加大改进零件铸造外形，设计适宜的夹具，将基准孔φ110H7与5个φ8H8位置孔、φ78H7一次装夹同时加工出来，保证了位置度要求φ0.02，同轴度0.01。这种方法优点是彻底排除了基准孔的找正误差，零件的加工精度主要受设备自身精度的影响。

三、高同轴度孔的加工方法

1、影响高同轴度孔加工的因素

基准面的加工精度，数控机床的定位精度和重复定位精度，主轴的刚性及旋转圆度，刀柄的动平衡、镗刀杆的刚性、长刀杆的挠度，刀具的锋利程度、工件的材料性质、机床加工条件、零件装夹的夹具精度、切削速度、润滑冷却方式、精加工前的夹紧力大小等。

图8

2、对于图8行星主轴的加工，加工时找正基准外圆φ258h6的上母线和侧母线后，用百分表或千分表打基准外圆φ258h6,设定坐标原点，先粗镗内孔φ167、φ117，半精镗到φ167.8、φ117.8，按照图8要求，用百分表和卧式加工中心数显示的数值，测量AB、CD、EF、GH四段距离是否相等，即等壁厚测量法，如果不相等，要重新调整坐标原点，然后精镗到φ168H7、φ118H7，保证同轴度φ0.0

3、圆度0.015、圆柱度0.015。

图9

图10

3、对于图9箱体的加工，由于零件偏长，用长刀杆以φ52H7孔和φ42H7孔定位铰φ40H7孔，担心挠度大，不容易保证同轴度φ0.025A。设计制造一个心轴，见图10，台阶尺寸分别为φ38K6、φ52K6、φ42K6、φ40K6、φ39.5K6、φ38K6。

采用高精度卧式加工中心加工，首先粗加工孔φ52，精加工孔φ42H7后，卧式加工中心X、Y轴不移动，采用手动换刀，精加工φ52H7，保证φ52H7对φ42H7的同轴度φ0.025A。

卧式加工中心旋转180°，采用机床回转中心坐标值，粗加工孔φ40H7为φ39，将心轴穿过零件，用百分表或千分表打正心轴外圆2-φ38K6的上母线和侧母线后，用百分表或千分表打心轴外圆φ38K6中心，校对重新设定坐标原点，退出心轴，半精镗到φ39.5H7，将心轴穿过零件，心轴φ39.5K6部位均匀涂上红丹，试验φ39.5K6能否穿过φ39.5H7孔，根据手感觉，微调整坐标原点，孔精镗到φ40H7，保证φ40H7对φ42H7的同轴度φ0.025。

四、结论

本文以若干实例，简要阐述了高精度位置孔和高同轴度孔的加工方法。我们不要简单地认为，只要设备具有足够的高精度，就能加工出满足设计要求的产品。由于影响加工高精度的因素多并且有许多不确定因素，不仅仅是靠高精度设备就能够保证的，零件最小公差的0.5～0.65是选择高精度设备的各项精度的依据，不容易具备这么高精度的设备，而且高精度设备的位移检测装置受环境温度的影响，机床各个运动副的摩损，机床的刚性，机床的热变形，主轴内部的间隙与磨损，主轴旋转圆度等，都影响到实际加工的精度。

通过上面的分析，在实际的生产过程中，应充分挖掘、利用设备、量具、量仪、刀具、辅具的特点和优点，达到最佳组合的目的。需要根据不同的条件，灵活运用各种技巧与方法，采用切试法，逐步逼近达到高精度要求。