大型球阀阀座支撑的数控精车加工

大型全焊接球阀是一种中腔密封性好、耐高压、流体阻力小的阀门，主要用于切断、分配和改变介质流向，被广泛应用于各个领域（尤其是天然气长途输送管线）。阀座支撑是大型球阀的核心部件，其加工精度直接影响阀门的密封性能与阀体和球体的装配性能，由于其直径大、壁薄、刚性差、强度低，因此在加工中易变形，不易保证加工精度。
1　零件结构分析
由图1可知，阀座支撑属于阶梯状大直径薄壁类零件。从零件结构上看，它由内外圆柱面、外倒角及内锥面组成，比较适合数控车削加工。从尺寸精度上看，该零件加工精度要求较高，且内锥面粗糙度要求达到Ra1.6。为了达到加工要求，需要仔细对刀和严格确定切削用量，以达到最佳切削效果。
2　加工机床及夹具的选取
该零件直径大且壁薄，加工时易变形（包括由夹紧力、切削力、切削热引起的塑性变形和弹性变形）。我们选用上海重型机床厂生产的CK61150数控车床对阀座支撑进行精车加工。该机床采用810D数控系统，加工精度高，且适合高速切削。为了最大限度地消除工件的夹紧变形，在机床卡盘上安装包容式软爪（弹性夹具），该夹具不仅能消除夹紧变形，而且重复安装定位精度高，有利于保证工件的加工精度。
3　刀具的选择
根据阀座支撑零件的结构特点，选用外圆精车刀片、4mm切槽成型刀片和内孔镗刀片对其进行加工。由于零件直径大且壁薄，因此在选择刀具时，首先应考虑如何降低切削力和刀片与零件的摩擦力。刀具的前角、后角和主偏角越大，加工时的切削力和摩擦力就越小，消振散热性也越好，但前角和后角过大，会削弱刀具强度，加快刀具磨损。为了满足工件的表面粗糙度要求，应选用带修光刃的精车刀片。经过反复试车和对比切削试验，选择山特维克可乐满公司生产的机夹可转位刀片，具体型号和用途见表1。
加工外圆时，采用了矩形刀杆，为了避免切削时产生振动，刀杆悬伸长度不宜过长（伸出1/3为宜）；车削内孔时，选用了圆形刀杆，因为圆形刀杆的横截面积大于矩形刀杆，刚度较高。为了进一步减小变形，提高加工精度，选用了带冷却内孔的刀杆，利用切削液降低加工过程中的切削温度。
由于工件直径较大，选用双刃刀片，两端对称分布的两个切削刃可同时参与切削，每转进给量比单刃刀片提高一倍左右，在提高加工效率的同时，还可以减小刀具对工件施加的径向力，以减小工件变形，进一步保证零件加工质量。
4　刀尖圆弧半径补偿
对于数控车削加工而言，车刀刀尖通常是一段半径很小的圆弧，而理论刀尖点并不是切削刃圆弧上的一点（见图2），阀座支撑零件外圆有倒角，内腔有锥面，因此在车削倒角和锥面时，可能会造成欠切或过切现象。因此，在编辑加工程序指令时，必须对刀尖圆弧半径进行补偿，以获得正确的零件尺寸。
5　切削用量的确定
数控车削加工的切削用量包括背吃刀量ap、切削速度v和进给量f，根据切削速度v和阀座支撑外径d，可计算出机床主轴转速n=1000v/πd。选择切削用量时，应在车床刚性和强度允许的条件下，充分利用机床功率，最大限度地发挥刀具的切削性能，所选取的切削用量应在车床的额定切削参数内，同时，车床主轴转速n、背吃刀量ap、进给量f应相互匹配，以获得最佳切削效果。
精车时，为了保证加工精度，应首先确定背吃刀量ap，然后根据阀座支撑表面轮廓和内腔粗糙度的要求，选取较小的进给量f，最后，在保证刀具寿命的前提下，尽可能选取较高的切削速度v。
因零件为薄壁件，且内腔锥面粗糙度要求达到Ra1.6，为了减小工件变形，选用了高速切削方式，因为高速切削产生的切削热大部分由切屑带走，可以降低工件温度。加之机床激励频率高，工件不易产生振动，形成毛刺的可能性较小，可以保证零件的表面加工质量。
精车时，背吃刀量和进给量不宜过大，因为增大进给量会使工件表面残余面积增大，从而增大表面粗糙度和内应力。选用合理的切削参数可减小切削力，防止工件变形，并能保证加工尺寸和几何位置精度，并获得良好的表面质量。
通过反复试切，最终选择的最佳切削用量为：背吃刀量（单边）ap=0.10mm，进给量f=0.10mm/r，切削速度v=200m/min。实际加工表明，球阀阀座支撑的数控精车加工质量符合图纸技术要求，满足使用要求。

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