大型球閥閥座支撐的數(shù)控精車加工

大型全焊接球閥是一種中腔密封性好、耐高壓、流體阻力小的閥門，主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流向，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域（尤其是天然氣長(zhǎng)途輸送管線）。閥座支撐是大型球閥的核心部件，其加工精度直接影響閥門的密封性能與閥體和球體的裝配性能，由于其直徑大、壁薄、剛性差、強(qiáng)度低，因此在加工中易變形，不易保證加工精度。
1　零件結(jié)構(gòu)分析
由圖1可知，閥座支撐屬于階梯狀大直徑薄壁類零件。從零件結(jié)構(gòu)上看，它由內(nèi)外圓柱面、外倒角及內(nèi)錐面組成，比較適合數(shù)控車削加工。從尺寸精度上看，該零件加工精度要求較高，且內(nèi)錐面粗糙度要求達(dá)到Ra1.6。為了達(dá)到加工要求，需要仔細(xì)對(duì)刀和嚴(yán)格確定切削用量，以達(dá)到最佳切削效果。
2　加工機(jī)床及夾具的選取
該零件直徑大且壁薄，加工時(shí)易變形（包括由夾緊力、切削力、切削熱引起的塑性變形和彈性變形）。我們選用上海重型機(jī)床廠生產(chǎn)的CK61150數(shù)控車床對(duì)閥座支撐進(jìn)行精車加工。該機(jī)床采用810D數(shù)控系統(tǒng)，加工精度高，且適合高速切削。為了最大限度地消除工件的夾緊變形，在機(jī)床卡盤上安裝包容式軟爪（彈性夾具），該夾具不僅能消除夾緊變形，而且重復(fù)安裝定位精度高，有利于保證工件的加工精度。
3　刀具的選擇
根據(jù)閥座支撐零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用外圓精車刀片、4mm切槽成型刀片和內(nèi)孔鏜刀片對(duì)其進(jìn)行加工。由于零件直徑大且壁薄，因此在選擇刀具時(shí)，首先應(yīng)考慮如何降低切削力和刀片與零件的摩擦力。刀具的前角、后角和主偏角越大，加工時(shí)的切削力和摩擦力就越小，消振散熱性也越好，但前角和后角過大，會(huì)削弱刀具強(qiáng)度，加快刀具磨損。為了滿足工件的表面粗糙度要求，應(yīng)選用帶修光刃的精車刀片。經(jīng)過反復(fù)試車和對(duì)比切削試驗(yàn)，選擇山特維克可樂滿公司生產(chǎn)的機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片，具體型號(hào)和用途見表1。
加工外圓時(shí)，采用了矩形刀桿，為了避免切削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，刀桿懸伸長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)（伸出1/3為宜）；車削內(nèi)孔時(shí)，選用了圓形刀桿，因?yàn)閳A形刀桿的橫截面積大于矩形刀桿，剛度較高。為了進(jìn)一步減小變形，提高加工精度，選用了帶冷卻內(nèi)孔的刀桿，利用切削液降低加工過程中的切削溫度。
由于工件直徑較大，選用雙刃刀片，兩端對(duì)稱分布的兩個(gè)切削刃可同時(shí)參與切削，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量比單刃刀片提高一倍左右，在提高加工效率的同時(shí)，還可以減小刀具對(duì)工件施加的徑向力，以減小工件變形，進(jìn)一步保證零件加工質(zhì)量。
4　刀尖圓弧半徑補(bǔ)償
對(duì)于數(shù)控車削加工而言，車刀刀尖通常是一段半徑很小的圓弧，而理論刀尖點(diǎn)并不是切削刃圓弧上的一點(diǎn)（見圖2），閥座支撐零件外圓有倒角，內(nèi)腔有錐面，因此在車削倒角和錐面時(shí)，可能會(huì)造成欠切或過切現(xiàn)象。因此，在編輯加工程序指令時(shí)，必須對(duì)刀尖圓弧半徑進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得正確的零件尺寸。
5　切削用量的確定
數(shù)控車削加工的切削用量包括背吃刀量ap、切削速度v和進(jìn)給量f，根據(jù)切削速度v和閥座支撐外徑d，可計(jì)算出機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速n=1000v/πd。選擇切削用量時(shí)，應(yīng)在車床剛性和強(qiáng)度允許的條件下，充分利用機(jī)床功率，最大限度地發(fā)揮刀具的切削性能，所選取的切削用量應(yīng)在車床的額定切削參數(shù)內(nèi)，同時(shí)，車床主軸轉(zhuǎn)速n、背吃刀量ap、進(jìn)給量f應(yīng)相互匹配，以獲得最佳切削效果。
精車時(shí)，為了保證加工精度，應(yīng)首先確定背吃刀量ap，然后根據(jù)閥座支撐表面輪廓和內(nèi)腔粗糙度的要求，選取較小的進(jìn)給量f，最后，在保證刀具壽命的前提下，盡可能選取較高的切削速度v。
因零件為薄壁件，且內(nèi)腔錐面粗糙度要求達(dá)到Ra1.6，為了減小工件變形，選用了高速切削方式，因?yàn)楦咚偾邢鳟a(chǎn)生的切削熱大部分由切屑帶走，可以降低工件溫度。加之機(jī)床激勵(lì)頻率高，工件不易產(chǎn)生振動(dòng)，形成毛刺的可能性較小，可以保證零件的表面加工質(zhì)量。
精車時(shí)，背吃刀量和進(jìn)給量不宜過大，因?yàn)樵龃筮M(jìn)給量會(huì)使工件表面殘余面積增大，從而增大表面粗糙度和內(nèi)應(yīng)力。選用合理的切削參數(shù)可減小切削力，防止工件變形，并能保證加工尺寸和幾何位置精度，并獲得良好的表面質(zhì)量。
通過反復(fù)試切，最終選擇的最佳切削用量為：背吃刀量（單邊）ap=0.10mm，進(jìn)給量f=0.10mm/r，切削速度v=200m/min。實(shí)際加工表明，球閥閥座支撐的數(shù)控精車加工質(zhì)量符合圖紙技術(shù)要求，滿足使用要求。

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