一、加工對象簡介

　　如圖1所示，某復雜回轉體組件，在為基體材質的6個棱柱面上，鑲嵌了6個直徑為18mm，高度為14mm 的(鉭鎢合金) 材質圓柱體。

　　零件要求，同時穿過和兩種金屬，加工出具有空間角度的6個高精度斜孔，斜孔與筒體軸向夾角為20°±10′，與筒體徑向夾角為54°30′±10′，與棱柱面夾角為35°30′±10′，孔徑為8±0.05mm，孔深為40mm(每兩個相鄰孔呈63.26°V 形相貫)，孔中心位置度為0.1mm。

　　鑲嵌了圓柱體的6個棱柱面需要精加工至內接圓直徑66±0.023mm，棱柱面與圓柱中心平面的對稱度為0.025mm，平面度為0.01mm，表面粗糙度0.8μm。

　　二、工藝難點

　　在本案例中，圓柱體與基體采用壓合而非熔焊的方式結合在一起，沒有常規的熔融過渡區，因此在切削加工過程中，刀具同時切過兩種不同材料時，由于材料特性的差異，在兩 種材料的分界處會產生加工粗糙度和尺寸的差異。根據試驗，使用40mm 的硬質合金盤形銑刀加工 6 個棱柱面，圓柱的加工面將比棱柱面高出約0.05mm左右。總結起來，本案例中零件的主要工藝難點有以下幾方面。

　　(1)雙金屬材質的加工極為困難。具有顯著的高溫強化特性，若采用常規的切削加工，由于加工時刀具和工件摩擦發熱，工件硬度迅速升高，導致后續加工困難。而基體材質為，加工硬度沒有高，但材料韌性大，在低速條件下易粘刀。兩種金屬的加工性能差異極大，因此，既要保證高硬度、高強度的材料加工質量，又要保證工件的加工質量，合理地配置切削參數是關鍵。

　　(2)空間角度的高精度斜孔加工，位置度和尺寸精度難以控制。

　　(3)鉆孔的深度超過5倍長徑比，因此冷卻和排屑都不易，且要穿過硬度不同的兩種金屬界面，直線度難以保證。

　　(4)孔軸線與鉆孔平面成35°30′±10′的狹小角度，在沒有鉆模的情況下，鉆頭單邊受力易發生折斷，難以保證 孔心位置度。

　　三、工藝方案

　　該組件屬于回轉體結構，斜孔在徑向和軸向上都成一定角度，且孔的軸線與組件的軸線成相離的位置關系。由于是單件生產，從工件裝夾和效率等因素考慮，應該選擇具有五坐標控制功能的某型號車銑復合加工中心，利用其三爪卡盤和頂尖夾持工件，中心架起到輔助支承和減震作用。通過回轉軸的分度功能，一次裝夾即能完成對 6 個棱柱平面的加工。 同時，通過回轉軸和軸的聯動擬合，即可得到 6 個斜孔的軸向鉆孔角度。五坐標車銑復合加工中心一次定位裝夾，即可完成 6 個棱柱面和 6 個斜孔的精加工，不需要專門的工裝夾具，加工精度能得到有效保證，效率高。

　　某型號車銑復合加工中心主要工藝參數如下：最大車削直徑為 610mm，主軸中孔直徑為112mm，軸角度范圍-30°～210°可任意分度，C軸分度為0.001°，X軸行程是740mm，軸行程為410mm，Z軸行程為1 838mm。

　　根據理論分析，C軸的分度定位+B軸分度定位，能夠組合出任意的空間角度，再加上Y軸的行程，就能夠加工出任意空間角度的偏心斜孔。

　　四、工藝措施

　　1.雙金屬材質切削加工的工藝措施

　　合理地控制切削參數，充分冷卻是保證和雙金屬正常加工的前提條件。e-410H 車銑復合加工中心能夠同時提供外部冷卻和中心內冷，能保證加工時刀具和工件都得到充分 冷卻。

　　在試制加工過程中，通過不斷調整切深，從0.01mm～2mm反復摸索，最終確定切深為1mm，切削速度為160m/s，切寬為20mm的加工條件下，能取得最理想的加工效果。

　　2.高精度、高表面粗糙度加工的工藝措施

　　產品要求加工后的平面對稱度為 0.025mm，平面度為0.01mm，表面粗糙度為0.8μm。通過工藝試驗，采用“平銑+精磨拋光”的工藝手段，能保證產品加工質量。

　　為了加工和雙金屬材料，筆者重點調研了碳化硅和金剛石砂輪，并對砂輪不同硬度和粒度的加工情況進行了對比分析，選用M和P兩種型號的碳化硅砂輪進行工藝試驗，最終確定P型號，200目粒度的碳化硅砂輪能取得最理想的加工效果。

　　3.深孔加工的工藝措施

　　鉆孔過程中，由于刀具直徑為7.8mm，刀具懸伸長度大于50mm，長徑比在6倍以上，極易發生刀具斷裂。因此，采用深孔鉆削的工藝方法，每次進給深度不超過5mm，然后退刀至安全平面，既起到排屑的作用，又讓刀具充分冷卻。在加工過程中，刀具不會因高溫和切屑的干擾而發生斷裂和燒 死現象，確保加工成功。

　　在加工過程中還采取了以下措施：

　　①采用6mm球頭銑刀，在垂直于斜面的方向上，銑出凹槽，將工藝允許范圍內的多余材料去掉;

　　② 采用7.8mm 的平底锪鉆在6 個平面上相對刀軸方向锪出鉆孔的下刀平面;

　　③ 采用7.8mm 的麻花鉆加工底孔;

　　④ 采用8H9160mm 鉸刀鉸孔到8±0.05mm。

　　4.X 、Y、Z、B和C五軸聯動的編程措施

　　斜孔與機床坐標系的YOZ平面呈35.5°，與XOZ 平面呈 20°的空間角度。采用局部坐標系和全局坐標系變換策略，程序的位置點由全局坐標系控制，刀軸方向與局部坐標系Z軸方向重合，刀具軸向由局部坐標系的I、J和K分量進行精確控制，在進給和退刀時，X 、Y、Z、B和C軸聯動，確保刀軸正確。

　　為了保證加工過程安全，還應對數據程序采用 Vericut軟件進行加工模擬仿真，以檢查程序和正確性，如圖2所示。

　　通過以上措施，該零件一次加工成功，解決了在雙金屬材質上加工高精度斜孔的工藝難題。

　　五、結語

　　在進行該組件加工之前，筆者與業內人士進行了廣泛討論和交流，多數人都認為風險極大，很難成功。確定了加工方案后，特別是借助Vericut 軟件進行加工虛擬仿真分析，采用了“精銑+精磨拋光”加工等手段，終于解決了在雙金屬材料上加工高精度斜孔的工藝難題。總結起來，最關鍵的有兩條。

　　(1)合理地控制切削參數，充分冷卻是保證工件正常加工的前提條件。針對和 的雙金屬材料，設定切深為 1mm，切削速度為160m/s，切寬為20mm的條件，就能取得最理想的加工效果。

　　(2)針對斜面孔加工，必須采用特殊的工藝方法，先在斜面上加工出孔軸法向的小平面，是能夠成功加工出孔的關鍵。根據加工過程中刀具的受力分析，采用有效的加工工藝參數，才能確保加工成功。