隨著武器係統的更新換代以及性能的不斷提升，當前彈上伺服係統產(chan) 品零件更趨向於(yu) 小體(ti) 積、高精度發展，對加工工藝技術提出更高要求。同時為(wei) 了追求小體(ti) 積、高精度的結構，有時也無法兼顧產(chan) 品的加工工藝性。因此，在伺服產(chan) 品中出現了一種高精度（尺寸精度要求在0.01 mm以上）的內(nei) 腔圓柱麵結構零件，該結構機械加工工藝性差，運用傳(chuan) 統的鑄造、機械加工方法難以滿足零件精度要求。

　　1. 零件工藝性分析以及工藝方案的製定

　　（ 1 ） 零件結構及工藝性分析。

　　某球環框架（見圖1）材料為(wei) 鈦合金TC4-M，屬於(yu) 單件小批量生產(chan) ，零件為(wei) 精密機械加工件，零件外形尺寸Sφ 108 mm，壁厚4 mm，屬於(yu) 薄壁難加工材料類零件，各形位精度和尺寸精度要求高。由於(yu) 是整料切削成形，在加工過程中易變形，材料切削性能較差，同時零件結構的工藝性也較差，這為(wei) 加工帶來了極大難度。因此，選用合理的加工方式及正確的刀具成為(wei) 加工質量保證的關(guan) 鍵所在。

　　（2）加工工藝方案的製定。

　　通過對球環框架零件結構進行分析，製定如下工藝流程：坯料→粗加工（采用線切去除餘(yu) 量後再進行機械加工）→熱處理時效→精加工→交驗，加工難點為(wei) 內(nei) 腔圓柱麵φ 22－0.002－0.010 mm的加工以及形位公差的保證，其結構以及材料加工工藝性差，標準的刀具無法對其進行機械加工。

　　通過對球環框架零件結構的分析，針對球環框架φ 22－0.002－0.010 mm圓柱麵和φ 20＋0.008＋0.002 mm孔采用如下加工方案：粗加工時通過正反兩(liang) 麵兩(liang) 次裝夾采用三維切削加工出內(nei) 腔圓柱麵，單邊留1 mm餘(yu) 量，精加工時在五軸加工中心采用專(zhuan) 用鏜刀加工φ 22－0.002－0.010 mm內(nei) 腔圓柱麵，專(zhuan) 用鏜刀能進行高精度微調，從(cong) 而保證了φ 22－0.002－0.010 mm圓柱麵的尺寸精度，同時采用五軸加工中心一次裝夾完成φ 22－0.002－0.010 mm圓柱麵和φ 20＋0.008＋0.002 mm孔的加工，保證了零件同軸度、垂直度公差要求。

　　2. 專(zhuan) 用鏜刀的設計

　　（1）零件材料特性分析。

　　球環框架零件材料為(wei) 鈦合金TC4-M，其具體(ti) 特性如下：①鈦合金的導熱性差，是不良導熱體(ti) 金屬材料，切削加工時，切屑與(yu) 前刀麵的接觸麵積很小，特別容易引起薄壁件的熱變形。②鈦合金彈性模量低，彈性變形大，鈦合金彈性模量為(wei) 1 078 MPa（約是鋼的1/2），切削時接近後刀麵處工件的回彈量大，導致已加工表麵與(yu) 後刀麵的接觸麵積特別大。造成加工件幾何形狀和精度差，表麵粗糙度值增大，刀具磨損增加。③鈦合金的親(qin) 和性大、切削溫度高。切削時，鈦屑及被切表層與(yu) 刀具材料咬合，產(chan) 生嚴(yan) 重的粘刀現象，容易引起刀具強烈的粘結磨損。鈦合金的高溫化學活性強，在600 ℃以上時，與(yu) 氧、氮產(chan) 生間隙固溶，吸收氣體(ti) 後鈦合金表麵的硬度明顯上升，對刀具有強烈的磨損作用。因此，要求加工鈦合金的刀具具有高強度、高韌性的同時，還要有高的紅硬性。

　　（2）專(zhuan) 用鏜刀的設計原理。

　　通過對零件材料性能的分析，結合零件結構特點， 設計了專(zhuan) 用於(yu) φ 22－0.002－0.010 mm圓柱麵加工的鏜刀，鏜刀結構如圖2所示，它包括標準可調鏜頭1、刀杆2、緊固螺釘4、刀片3，刀片安裝在刀杆一端的方孔內(nei) ，緊固螺釘將刀片緊固在刀杆上，將標準可調鏜頭與(yu) 機床主軸連接。被加工零件緊固在數控加工中心輔具上，使加工部位與(yu) 主軸垂直，通過以上所述鏜刀對零件內(nei) 腔圓柱麵進行鏜削加工，加工過程中可以根據實際測量尺寸，通過調節標準可調鏜頭對刀片進行微調，從(cong) 而保證零件加工精度。標準可調鏜頭調節範圍在0.06 mm以內(nei) ，直徑微調精度在0.002 mm以上，其加工時的狀態如圖3所示。

　　（3）鏜刀刀杆的設計原理。

　　根據球環框架零件材料特性，刀杆應具有較高的強度以及良好的韌性，因此，刀杆材料選用合金工具鋼CrWMn調質料（32～35 HRC），受球環框架零件內(nei) 孔尺寸限製，刀杆直徑應小於(yu) 19 mm，同時結合標準可調鏜頭接口進行配作，配合間隙控製在0.01 mm以內(nei) 。

　　（4）鏜刀刀片的設計原理。

　　針對鈦合金材料的加工，刀片材料選用YL10.2細晶粒硬質合金報廢刀具作為(wei) 原材料，采用線切割加工成形後，在工具磨床上加工出前後角。此類材料導熱性好，有利於(yu) 熱量的散發和降低切削溫度，同時具有良好的韌性和高的紅硬性。

　　切削鈦合金時，刀具後角α 0是所有刀具參數中最敏感的，因為(wei) 切削層下的金屬彈性恢複大和加工硬度大，一般采用大後角可使刃口易於(yu) 切入金屬層，減小後刀麵的磨損，但後角過小（小於(yu) 15°）會(hui) 出現金屬的粘附現象；而後角過大，刀具將被削弱，刀刃容易崩碎。因此，大多數切削鈦合金的刀具采用15°後角。從(cong) 刀具耐用度來看，α 0小於(yu) 或大於(yu) 15°，都會(hui) 降低車刀的耐用度。此外，α 0為(wei) 15°的刀具刀刃比較鋒利，並可降低切削溫度。

　　由於(yu) 鈦合金在切削過程中，會(hui) 與(yu) 空氣中的氧、氫、氮等形成硬脆化合物，造成刀具磨損（主要發生在刀具前刀麵上），因此應采用小值前角；此外，鈦合金的塑性低，切屑與(yu) 前刀麵的接觸麵積小，為(wei) 此也應選用小值前角，這樣做可增加切屑與(yu) 前刀麵的接觸麵積，使切削熱和切削壓力不至於(yu) 過分集中於(yu) 刃口附近，既有利於(yu) 散熱，又加強刃口，避免因切削力集中而產(chan) 生崩刃。因此，用硬質合金刀具加工鈦合金時，取前角γ 0=5°左右並磨出倒棱f（寬度為(wei) 0.05～0.1 mm），γ f=0°～10°，刀尖磨成r=0.5 mm小值圓弧，刃傾(qing) 角λ =+3°。

　　3. 結語

　　鈦合金零件加工在機械製造業(ye) 中占有很重要地位，鈦合金材料的切削加工一直是當前加工工藝技術的難點。為(wei) 了滿足航空航天對於(yu) 鈦合金工件日益增長的需求，我國的鈦合金切削加工必須有長足的進步。在基於(yu) 國內(nei) 的材料、機床和管理等條件基礎上，進一步加強鈦合金材料加工工藝路線的優(you) 化、加工參數的優(you) 選，提高加工效率和產(chan) 品質量，是推動國內(nei) 鈦合金產(chan) 業(ye) 和航空航天工業(ye) 發展的重要因素。文中設計的內(nei) 腔圓柱麵精加工鏜刀，結構簡單，製造使用都很方便，解決(jue) 了球環框架零件加工工藝難題。