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        一種小孔孔內(nèi)徑向弧形槽加工專用刀排設(shè)計(jì)

        2011-06-23 03:02:20楊建新張松生楊忠華
        裝備制造技術(shù) 2011年12期
        關(guān)鍵詞:刀體刀柄內(nèi)孔

        楊建新,張松生,楊忠華

        (1.江蘇大學(xué)機(jī)電總廠,江蘇 鎮(zhèn)江 2120132.海安職業(yè)教育中心,江蘇 海安 226600)

        工廠接到一批科研加工試制任務(wù),在具體加工時(shí)存在很多工藝問題需要解決。其中一種內(nèi)孔直徑為Φ 31.6 mm的閥套,在其內(nèi)孔中,需要在內(nèi)徑上加工12個(gè)R 8.5 mm寬0.45 mm的等分圓弧槽(見圖1)。因受工件孔徑尺寸的限制,加工方法成為試制的難題。

        圖1 閥套

        在國(guó)內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)生產(chǎn)中,至今尚未找到較合適的專機(jī)來進(jìn)行加工。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家都采用小排孔結(jié)構(gòu),其性能會(huì)受到一定的影響,國(guó)外如日本、韓國(guó)的廠家均采用專業(yè)機(jī)床進(jìn)行加工,其生產(chǎn)效率高、加工品質(zhì)好。

        由于科研試制任務(wù)批量較?。▋H為10套左右),進(jìn)口專用機(jī)床進(jìn)行加工雖然可以順利地完成科研試制任務(wù),但是顯然不合實(shí)際。為此,經(jīng)過多次論證和試驗(yàn),我們自行設(shè)計(jì)了專用刀排,利用標(biāo)準(zhǔn)刀具,在現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工,取得了較為滿意的效果。

        1 加工方法

        為保證加工品質(zhì),經(jīng)研究決定,將銑槽工序放在加工中心上加工。用數(shù)控分度頭進(jìn)行12等分的分度,自行設(shè)計(jì)專用刀排加工小孔內(nèi)0.45 mm寬的弧形槽。

        零件工藝分析:加工件名稱為閥套,材質(zhì)為20GrMnTi,表面滲碳淬火處理。零件粗車后進(jìn)行正火處理,以消除粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,并為后續(xù)的表面滲碳淬火處理做好材料組織準(zhǔn)備。熱處理后,對(duì)零件內(nèi)外圓表面進(jìn)行精車,精車工序在整個(gè)零件加工中屬半精加工,要求為精車加工留適當(dāng)?shù)募庸び嗔?,并為其余表面的加工提供精確的定位面。所以將零件的內(nèi)外圓表面各留0.4 mm的精加工余量,因要作為其余表面的定位面,公差都定為0.02 mm。銑閥套內(nèi)孔0.45 mm槽時(shí),以工件外圓定位,用數(shù)控分度頭分度加工,三爪卡盤夾緊。其余加工工序?yàn)闈B碳、淬火、回火、磨內(nèi)孔、配磨外圓等。

        2 刀排設(shè)計(jì)

        2.1 刀具選擇

        所加工槽為內(nèi)孔圓弧槽,圓弧半徑R 8.5 mm,槽深0.45 mm,槽長(zhǎng)11 mm。刀具圓弧半徑必須小于或等于工件圓弧槽的半徑,刀寬也要小于或等于工件的槽寬。查相關(guān)手冊(cè),有寬度0.45 mm、直徑Φ 16 mm、孔徑Φ 6 mm的切口銑刀(見圖2),刀片材質(zhì)為硬質(zhì)合金。刀寬正好與工件槽寬一致,這樣就可一次進(jìn)刀加工出槽寬,刀具圓弧半徑為R8 mm略小于工件圓弧半徑R 8.5 mm,可在加工中心上采用數(shù)控程序,以得到保證。

        2.2 刀排傳動(dòng)方案選擇

        銑加工內(nèi)孔圓弧槽,刀具的旋轉(zhuǎn)中心在圓弧槽的上方,主切削動(dòng)力必須通過一定的方式傳遞到刀具在內(nèi)孔的旋轉(zhuǎn)中心。

        圖2 切口銑刀

        有兩種傳遞方案可供選擇:一是采用帶傳動(dòng),二是采用齒輪傳動(dòng)。

        因刀具在零件內(nèi)孔加工,空間小皮帶較難選擇,張緊困難,加切削液后會(huì)產(chǎn)生打滑現(xiàn)象,所以帶傳動(dòng)沒有被采用。

        齒輪工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定,體積小,壽命較長(zhǎng),傳動(dòng)效率高,加切削液后不會(huì)影響傳動(dòng)效率。最終選擇了齒輪傳動(dòng)。

        2.3 刀排方案設(shè)計(jì)

        刀具從內(nèi)孔切入工件,最大切深2.7 mm(見圖3),這時(shí)刀具的旋轉(zhuǎn)中心距離零件內(nèi)孔表面5.3 mm,所以刀體的最下端距離刀具回轉(zhuǎn)中心的尺寸要小于5.3 mm,經(jīng)作圖確定為4.5 mm。

        圖3 刀體結(jié)構(gòu)布置

        刀體伸入零件內(nèi)孔部分尺寸,受閥套孔徑Φ 31.6 mm尺寸和最大切深2.7 mm限制,最終確定為總寬13.8 mm,總高22 mm。伸入部分的刀體及其他零部件,都要控制在該尺寸范圍內(nèi),并且要保證切削時(shí)有足夠的剛度。

        2.4 刀片的安裝

        刀片在刀墊上定位安裝在刀軸上,置于刀體的中間槽中,兩端用微型深溝滾動(dòng)軸承支承(見圖4)。為使刀具磨損后便于更換,將刀軸設(shè)計(jì)為分體式,一端與傳動(dòng)齒輪為一體的齒輪軸,另一端做成既可以徑向定位又可以軸向壓緊的壓緊軸。

        圖4 刀軸部分結(jié)構(gòu)圖

        在安裝刀片時(shí),首先松開螺釘向右移動(dòng)壓緊軸(壓緊軸外徑與軸承內(nèi)徑保證0.005~0.01 mm的間隙),將刀片放在刀墊上,向左移動(dòng)壓緊軸將刀片靠在刀墊臺(tái)階面上,然后壓緊螺釘將刀具鎖緊。

        2.5 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)

        由于刀體結(jié)構(gòu)狹小,同時(shí)要保證刀體有一定的強(qiáng)度,刀體除安裝刀片部分中間鏤空外,其余部分做成實(shí)體結(jié)構(gòu),這樣,傳動(dòng)齒輪只能安裝在刀體的一側(cè)面。

        刀具采用齒輪來傳遞動(dòng)力,由于結(jié)構(gòu)限制(見圖3),小齒輪在厚度為3 mm的情況下最大外徑為Φ 8 mm,齒輪的內(nèi)側(cè)還要保證有Φ 6 mm的臺(tái)階,這樣全齒高要小于1 mm,查標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)最大只能為m=0.4,則當(dāng)齒數(shù)Z為18齒時(shí),外徑為Φ 8 mm。

        D1=m×(z1+2)=0.4×(18+2)=8 mm

        由于小齒輪外型較小,工作時(shí)在閥套的內(nèi)孔中,受上述兩個(gè)因素的雙重限制,動(dòng)力不可能通過一級(jí)齒輪傳動(dòng)完成,必須在中間加一只過渡齒輪,這樣各齒輪和工件間就不會(huì)發(fā)生干涉(如圖3所示)。

        切削時(shí),過渡齒輪有約一半在零件孔內(nèi),齒輪的大小不能超出結(jié)構(gòu)限制,經(jīng)作圖反復(fù)比較過渡齒輪外徑Φ 20 mm左右較合適。經(jīng)計(jì)算當(dāng)Z為50齒時(shí),外徑為Φ 20.8 mm。

        D2=m×(z2+2)=0.4×(50+2)=20.8 mm

        兩齒輪中心距

        主動(dòng)齒輪選擇和過渡齒輪一樣的齒數(shù),則主動(dòng)齒輪和過渡齒輪的中心距為

        各齒輪與軸做成一體,這樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,連接強(qiáng)度高,制造方便,容易保證零件的形狀和位置公差及尺寸精度。

        2.6 刀體與主軸箱的連接

        首先必須保證刀體與主軸箱連接可靠,保證加工時(shí)的相對(duì)位置正確;其次要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便。

        刀體與主軸箱通過支架連接(見圖5),支架的上法蘭面利用主軸箱上原有的螺孔與主軸箱連接,下法蘭面與刀體連接。上下法蘭面間用3塊連接板連接,每塊板占1/6圓周,3塊板按三等分均布,這樣連接便于刀具的安裝和觀測(cè)支架內(nèi)各部件的連接情況,在加工制造時(shí)及裝配后,上下法蘭面要保證平行,這是刀具正確工作的必要條件。

        圖5 刀體與加工中心主軸箱聯(lián)接圖

        2.7 刀體傳動(dòng)部分與主軸的連接

        刀體主動(dòng)齒輪軸安裝時(shí)與主軸同軸(見圖5),自上而下,首先在主軸內(nèi)孔中安裝BT40內(nèi)錐孔刀柄,該刀柄上端為7∶24圓錐面,用于和加工中心主軸錐孔配合。

        下端內(nèi)孔為莫氏3#外錐的刀柄。刀柄和主動(dòng)齒輪軸用自制的莫氏錐柄連接,錐柄安裝在刀柄錐孔內(nèi)上端用螺釘?shù)蹙o,錐柄下端底部有一個(gè)Φ 10 mm的孔(孔與外錐面要求同軸),主動(dòng)齒輪軸的上端安裝于該孔中定位。錐柄下端伸出刀柄部分作出一個(gè)寬為6 mm的深槽,主動(dòng)齒輪軸的上端橫向安裝一個(gè)Φ 5 mm的圓柱銷(拔銷),圓柱銷安裝在刀柄槽內(nèi)用于傳遞動(dòng)力。刀柄槽較深,圓柱銷在軸向有圈較大的空間,可用于調(diào)整刀具在加工和安裝時(shí)的積累誤差。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        經(jīng)切削加工,所設(shè)計(jì)制造的刀排完成了閥套內(nèi)孔圓弧槽的加工,解決了在較小內(nèi)孔中加工徑向圓弧槽的難題,加工品質(zhì)符合要求,順利地完成了該批零件的科研試制。

        [1]儲(chǔ)曉猛,王 瀟.簡(jiǎn)易七孔鉆裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工具技術(shù),2011,45(1):100-101.

        [2]丁國(guó)全,儲(chǔ)曉猛,楊建新.飛錘四軸鉆加工裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù),2010,(9):149-150.

        [3]張松生,楊建新.鉗工(高級(jí))[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

        [4]鄭修本.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

        [5]朱正心.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

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