發布日期：2021-12-29 23:59:14
高精度錐面在機械加工中經常會遇到，尤其是軸類零件 的配合面，材料大多為黑色金屬，通常的加工方法就是磨削 加工，修磨砂輪或砂輪擺角度保證錐度。某型號直升機減速 器，其中有 1 個連接法蘭盤（圖 1），材料為鈦合金，內腔 兩端各有一個30°的錐面，尺寸公差及表面光潔度要求較高。 因其特殊的結構及有色金屬偏軟的內部組織，不適合磨削加 工，只能采用車削的方式，使用專用夾具及合理的切削參數， 達到零件的設計需求。
1、技術難點分析
該零件兩端的30°錐面在減速器裝配時作為安裝基準， 與內、外錐形塊緊密配合，并通過內、外錐形塊作用于齒輪 軸上，起旋轉定心作用 ( 圖 2)。其加工精度的好壞決定著內、 外錐形塊與之配合時的接觸面積，工作時影響內、外錐形塊 的使用壽命，進而影響整個傳動系統的功能；從圖1可以看出， 錐面的角度公差為 ±15″，相當于Ⅰ級精度，其粗糙度為 Ra1.2，斜面長度為 15mm 左右，錐面著色要求不少于 85%。 由于精度高、斜面短，無論是加工或計量都比較困難。
該零件為TC4鈦合金材料。鈦合金加工比較困難，主要 表現在：鈦合金切變系數小于或接近于 1，切削時加速刀具 磨損；鈦合金切削時溫度高，比 45 # 鋼高出一倍，散熱性差， 刀具易燒損；單位面積上的切削力大，容易崩刃；表面易產 生硬質表層，切削時易損傷刀具產生缺口、崩刃、剝落等現象； 切削時，鈦屑及被切表層易與刀具材料咬合，產生嚴重的粘 刀現象，引起劇烈的黏結磨損。
因此，工藝上在加工鈦合金零件時，一般選用鎢鈷類硬 質合金專用刀具，與鈦合金親和力小、導熱性好、強度較高。 加工方式上通常采取車削和銑削的方式，不易采取磨削加工。
2、工藝方法
傳統的加工鋼制件錐面采用磨削的方式，對有色金屬尤其鈦合金零件接觸少、了解不多、加工經驗欠缺。但總結以 往的經驗及通過摸索試驗，將錐面的加工分為粗精加工，精加工的余量為單邊 0.25mm。考慮到機械加工變形的影響，將 精加工作為最后一道機加工序。
3、裝夾方式
該零件圓周直徑為 Φ400mm 左右，按照其規格工藝安 排高精度的車銑復合加工（大型高精度數控車也可以滿足要 求），要保證精度，兩端錐面必須一次性加工，零件裝夾一 定要穩定。必須采用專用數控夾具（圖 3）。
4、切削參數及加工策略
零件材料為鈦合金。參考標準，加工時采用鎢鈷類硬 質合金專用刀具，為保證粗糙度要求，刀尖要盡量小，但鈦合金加工時刀尖非常容易磨損，刀尖半徑又不能太小，在 此選用 R0.4mm 刀片。由于錐面角度公差非常小為 ±15″， 反映到線性尺寸為 0.002mm，也就是軸向或徑向尺寸差0.002mm，角度就會偏 15 秒，要保證此公差非常困難，因此， 加工每個零件刀具長度值要保持穩定，必須考慮到刀具的磨 損。針對此零件的加工，主軸轉速限定為 150r/min，進給為 0.15mm/r，最大切削量的加工余量為 0.25mm。 為保證兩端錐面的一致性，兩端錐面編程時采用同一方 向加工，右端錐面刀具正向加工，左端錐面刀具旋轉 180° 加工，加工示意圖見圖 4。
5、檢測方法
對錐角的檢測方法是采用三坐標進行測量，因其型面太 短，三坐標測量通常會有很大誤差，必須多量幾次，得到其 平均值；另一種方法就是著色檢查，著色檢查必須采用專用夾具，夾具的設計要求較高，但必須要巧妙，考慮到兩端錐面， 采用球形支承，如圖 5 所示。
6、結語
通過此種方法的加工，錐面的錐角基本在其公差范圍內， 零件質量的穩定性得到了很大改善，達到了預期目的。在加工中得知零件的裝夾找正及計量方法對尺寸的精度有很大的 影響，所以在精加工錐面前要精修相關基準。對于零件的計量一定要統一計量方法，保持穩定性。另外，對于此類有色 金屬高精度錐面的加工，主要從如何消除零件變形方面考慮， 合理安排工藝路線，使用功率大、剛性好的機床，合理選擇切削刀具和切削參數。對于形位精度要求高的相關尺寸和基準，盡量采用合理的工裝夾具，通過一次裝夾，一次加工的 方法來完成。
參考文獻：
[1] 薄宵 . 機械加工工藝手冊：第 2 卷 [M]. 北京：機械工業出版社， 1992.