大型球閥閥座支撐的數控精車加工

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、分配和改變介質流向，被廣泛應用于各個領域（尤其是天然氣長途輸送管線）。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、強度低，因此在加工中易變形，不易保證加工精度。
1　零件結構分析
由圖1可知，閥座支撐屬于階梯狀大直徑薄壁類零件。從零件結構上看，它由內外圓柱面、外倒角及內錐面組成，比較適合數控車削加工。從尺寸精度上看，該零件加工精度要求較高，且內錐面粗糙度要求達到Ra1.6。為了達到加工要求，需要仔細對刀和嚴格確定切削用量，以達到最佳切削效果。
2　加工機床及夾具的選取
該零件直徑大且壁薄，加工時易變形（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床廠生產的CK61150數控車床對閥座支撐進行精車加工。該機床采用810D數控系統，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
根據閥座支撐零件的結構特點，選用外圓精車刀片、4mm切槽成型刀片和內孔鏜刀片對其進行加工。由于零件直徑大且壁薄，因此在選擇刀具時，首先應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，會削弱刀具強度，加快刀具磨損。為了滿足工件的表面粗糙度要求，應選用帶修光刃的精車刀片。經過反復試車和對比切削試驗，選擇山特維克可樂滿公司生產的機夾可轉位刀片，具體型號和用途見表1。
加工外圓時，采用了矩形刀桿，為了避免切削時產生振動，刀桿懸伸長度不宜過長（伸出1/3為宜）；車削內孔時，選用了圓形刀桿，因為圓形刀桿的橫截面積大于矩形刀桿，剛度較高。為了進一步減小變形，提高加工精度，選用了帶冷卻內孔的刀桿，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，兩端對稱分布的兩個切削刃可同時參與切削，每轉進給量比單刃刀片提高一倍左右，在提高加工效率的同時，還可以減小刀具對工件施加的徑向力，以減小工件變形，進一步保證零件加工質量。
4　刀尖圓弧半徑補償
對于數控車削加工而言，車刀刀尖通常是一段半徑很小的圓弧，而理論刀尖點并不是切削刃圓弧上的一點（見圖2），閥座支撐零件外圓有倒角，內腔有錐面，因此在車削倒角和錐面時，可能會造成欠切或過切現象。因此，在編輯加工程序指令時，必須對刀尖圓弧半徑進行補償，以獲得正確的零件尺寸。
5　切削用量的確定
數控車削加工的切削用量包括背吃刀量ap、切削速度v和進給量f，根據切削速度v和閥座支撐外徑d，可計算出機床主軸轉速n=1000v/πd。選擇切削用量時，應在車床剛性和強度允許的條件下，充分利用機床功率，最大限度地發揮刀具的切削性能，所選取的切削用量應在車床的額定切削參數內，同時，車床主軸轉速n、背吃刀量ap、進給量f應相互匹配，以獲得最佳切削效果。
精車時，為了保證加工精度，應首先確定背吃刀量ap，然后根據閥座支撐表面輪廓和內腔粗糙度的要求，選取較小的進給量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，且內腔錐面粗糙度要求達到Ra1.6，為了減小工件變形，選用了高速切削方式，因為高速切削產生的切削熱大部分由切屑帶走，可以降低工件溫度。加之機床激勵頻率高，工件不易產生振動，形成毛刺的可能性較小，可以保證零件的表面加工質量。
精車時，背吃刀量和進給量不宜過大，因為增大進給量會使工件表面殘余面積增大，從而增大表面粗糙度和內應力。選用合理的切削參數可減小切削力，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量。
通過反復試切，最終選擇的最佳切削用量為：背吃刀量（單邊）ap=0.10mm，進給量f=0.10mm/r，切削速度v=200m/min。實際加工表明，球閥閥座支撐的數控精車加工質量符合圖紙技術要求，滿足使用要求。

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