1  序言

　　液压控制系统的控制精度直接影响产品性能。阀套是液压控制系统中伺服阀的核心零件，其加工精度直接影响伺服系统的控制性能[1]。阀套中内环槽的主要作用是控制伺服阀的流量等参数，由于零件材料硬，环槽精度高，因此加工难度大。通过对精密内环槽加工工艺进行分析，找出影响加工精度的因素并制定具体的工艺方案，解决了精密内环槽加工难题。

2  精密内环槽零件工艺分析

　　图1所示为精密内环槽零件，材料为马氏体不锈钢，硬度≥55HRC。外形有环槽，内孔Φ7.8mm，长度＞70mm，内壁四环槽。环槽尺寸2.2－0－0.1m m×Φ9.5 ＋0.1＋0mm ，位置尺寸（30±0.03）mm 、（20±0.03）mm，相对R轴向圆跳动0.004mm，表面粗糙度值Ra =0.4μm，槽与内孔相交处尖边Rmax=0.01mm。

　　根据图1要求，分析零件内环槽加工难点有几何公差、表面粗糙度及位置尺寸。为了保证零件能够稳定高效地加工，必须找出影响零件加工的主要因素，分析原因并制定方案来解决精密内环槽加工难题。

　　影响因素分析如下：

　　1）材料热处理后硬度≥55HRC，难切削，传统加工方式难以保证加工要求。

　　2）工艺系统刚性差。零件长度＞70mm、内孔直径7.8mm，刀杆细长，刚性不足，加工时易出现振动、扭曲及断裂等现象。

　　3）切削过程中排屑和散热难。切削路径长，排屑空间小，切削过程中切屑难于排出，容易与内壁产生摩擦，划伤内孔壁。同时也容易发生切屑阻塞，导致刀具损坏，零件报废。

　　4）零件精度是微米级，检测也是重要因素。通过对零件工艺分析得出，高硬度材料加工、工艺系统刚性、排屑、散热和检测方法是影响内环槽加工的主要因素。本次提出采用电火花加工工艺，可以解决高硬度材料加工、工艺系统刚性差、加工排屑和散热问题，实现精密内环槽的加工。

3  工艺方案制定

　　工艺路线合理程度对内环槽加工质量起着至关重要的作用。零件内环槽位置基准、跳动基准分别是两端面和外圆，由于它们的加工基准又转化到内孔，所以内孔加工精度必须严格控制。

　　制定工艺方案如下：下料→调质→粗加工→真空淬火（硬度≥55HRC）→半精加工内孔→半精加工外圆、总长→时效→精加工内孔→精加工外圆、总长→电火花精加工内环槽→钳工去毛刺。方案中先粗加工内环槽，以内孔为基准精加工外圆和两端面，利用外圆和端面定位电火花精加工内环槽。优点是环槽加工精度高、质量稳定可靠，缺点是加工工序多、周期长、效率低以及成本高。

4  加工过程控制

　　为了保证精密内环槽精加工质量，精加工前零件外圆、内孔、总长和粗加工环槽必须严格控制，具体要求如下。

4.1 内环槽粗加工质量控制

　　（1）内环槽粗加工要求　位置尺寸留余量0.12mm，1#和4#槽、2#和3#槽相对轴向中心对称度≤0.1mm。为了保证加工效率，零件总长公差≤0.04mm，这样才能避免因为误差积累而出现零件报废现象。

　　（2）外圆精加工　外圆加工基准是内孔，材料淬火后硬度≥55HRC，需要通过珩磨和研磨后，使精度达到圆柱度0.003mm、表面粗糙度值Ra=0.4μm以及公差0.01mm。再以内孔为基准磨削外圆，保证与内孔同轴度Φ0.01mm、圆柱度0.002mm以及表面粗糙度值Ra=0.4μm。

4.2 内环槽精加工控制

　　精密内环槽精加工需要考虑加工设备、零件定位装夹、工具电极、刀具路径规划、加工参数和检测方法等方面，才能保证精密内环槽高质量稳定加工。

　　（1）加工设备选择　精密内环槽加工时，由于不仅需要自动找正、三轴联动插补加工，还需要主轴高速旋转，所以选用四轴高精度火花机AD30Ls。该机床全行程重复定位精度0.005mm，主轴最高转速1500r/min，同时能够完成自动找正、对刀、冲油和抽油等操作，适用于中小尺寸高精度零件加工。

　　（2）零件定位装夹　零件的定位装夹精度直接影响精密内环槽的加工，选择合理的定位基准面和夹紧部位是设计合理可靠工装的关键。

　　零件定位装夹如图2所示。定位夹具由磁台、垫块、精密V形块和弓形夹组成。V形块和垫块是定位基准，弓形夹是夹紧机构。此夹具是利用零件外圆和端面为基准定位零件，定位基准与工艺基准重合，定位精度高。同时，该夹具结构简单、操作方便。

图2　零件定位装夹

　　（3）工具电极设计　电火花加工原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件尺寸、形状及表面质量预定的加工要求[2]。利用圆形工具电极对环槽持续放电，完成对精密内环槽的加工。电极的形状和精度直接影响加工精度。工具电极如图3所示，外形是带有喇叭口的圆柱体，圆柱面的作用是找正零件中心，右端面0.2mm平面是保证放电加工时电极处于线接触，这样加工的内环槽工作边跳动才能合格。

图3　工具电极

　　电极尺寸确定：电极厚度尺寸B＝（环槽宽度2.2mm－加工余量0.2mm）－0.05mm。电极直径D＝（内孔直径7.8mm－间隙0.2mm）－0.05mm，同时还需要兼顾电极直径D＞环槽直径9.6mm－内孔直径7.8mm＋电极杆直径5mm，保证电极有足够切削刃。

　　（4）加工路径规划　在加工时要先规划出工具电极运动轨迹，使电极切削面沿精密内环槽工作边运动，获得电极的最佳位置姿态[3]。只有规划出最优电极运动轨迹，才能保证精密内环槽加工质量和效率。从图1中可以看出，零件精密内环槽左右对称，环槽工作边1#和3#同向，2#和4#同向，加工时先加工一端，然后调头加工另一端。在加工单个精密内环槽时，要实现电极自动定位、空加工时快速移动及插补加工时精确运行。自动定位轨迹如图4所示，工具电极快速移动和插补加工运动轨迹如图5所示。电极自动定位时自转速度要保持在100r/min，这样可保证电极自动定位准确性。

图4　自动定位轨迹

　　工具电极加工精密内环槽单次运动轨迹为：工具电极先快速移动至环槽加工位置，直线插补加工环槽半径后，圆弧插补加工环槽，加工完成回X-Y平面原点，重新移至指定深度重复直线插补和圆弧插补加工，直到满足工艺要求为止。从单个环槽加工路径分析，要完成多个环槽的加工，需要重复图4和图5所示的定位和插补轨迹，才能完成整个零件所有精密内环槽加工。注意加工2#和4#环槽时，要调头重新装夹找正零件，才能重复操作加工精密内环槽。

　　（5）电加工参数确定　单个精密内环槽轴向位置余量0.12mm，需要分粗、精加工。粗加工总余量0.06mm，半精加工总余量0.05mm，精加工总余量0.01mm。粗、精加工切削深度分配，粗加工0.02～0.03mm/次，半精加工切削深度0.01mm/次，精加工切削深度0.005mm/次。经过调试验证，切削参数见表1。

表1　切削参数

　　表1中，在粗加工、半精加工时选择正极性，利用窄脉宽、相对大的电流对环槽进行加工，电极损耗低，加工速度快[4]。在精加工时选择负极性，利用宽脉冲、小电流加工环槽，电极损耗低，加工精度高[2]，但是由于加工速度慢，所以精加工余量不能太大，否则加工时间很长。

　　（6）检测方法　精密内环槽需要检测的关键参数有槽位尺寸、表面粗糙度、工作边轴向圆跳动和尖边尺寸，其中表面粗糙度是电加工参数保证，而槽位尺寸、工作边轴向圆跳动和尖边尺寸，则需要利用专用检测设备进行检测。由于零件精度高，检测部位在零件内部，经过对比分析，选择万能工具显微镜进行检测，设备X、Y坐标行程为200mm和100mm，分辨率为0.0002mm，可满足测量要求。检测装夹如图6所示。

图6　检测装夹

　　在万能工具显微镜上使用30倍目镜找正精密V形块，并夹紧固定，检测时将零件放置于V形块上，小灯泡从右端放入检测环槽处，调整显微镜目镜，通过漏油孔检测环槽相关尺寸。内环槽检测顺序为：①检测环槽工作边轴向圆跳动0.004mm和工作边尖边尺寸。②检测环槽位置尺寸和槽宽。

　　（7）试验结果及分析　根据以上分析进行试加工（见图7），对100个零件进行试验验证，经测量，环槽宽度2.2－0－0.1mm、位置尺寸（20±0.03）mm、（30±0.03）mm及表面粗糙度值Ra=0.4μm合格率100%，环槽轴向圆跳动0.004mm和工作边尖边Rmax=0.01mm合格率95%。

a）环槽加工中

b）加工后的环槽

图7　环槽加工

5  结束语

　　本文对典型精密内环槽零件进行工艺分析后，确定了影响环槽加工的关键因素，分析原因并制定针对性解决措施。通过对电火花加工设备、工具电极、夹具、加工路径规划和电加工参数等一系列优化设计，圆满解决了高精度内环槽的加工问题。通过试验验证，满足批量生产条件。同时也对其他类似产品的加工提供了参考思路。