■沈陽工學院 (遼寧 110005) 李銀玉 吳 敬
特型柱銷加工工藝研究
■沈陽工學院 (遼寧 110005) 李銀玉 吳 敬
通過分析要加工的零件尺寸,認為加工難點在于由直徑20mm半圓柱面和半徑10mm半圓柱面構(gòu)成的組合圓柱面,為此擬定了可行的加工方案,設計了簡易的夾具,在車床上完成加工,保證了加工質(zhì)量和加工效率。
在某礦山設備上的機械行走部分中,有2個特型柱銷(見圖1),材質(zhì)為45鋼。該柱銷在設備中起定位和鎖緊作用,其加工質(zhì)量影響設備的裝配精度和使用可靠性。該零件屬于批量生產(chǎn),既要求嚴格的加工質(zhì)量,又要保證生產(chǎn)效率。為此認真研究加工工藝,設計簡單可靠的專用夾具,保證了該零件的順利加工。
該特型柱銷是一個回轉(zhuǎn)零件,Ⅰ段是M16外螺紋,Ⅱ段不是一段圓錐面,而是由直徑20mm半圓柱面和半徑10mm半圓柱面構(gòu)成的組合圓柱面,半徑10mm圓柱面軸線和直徑20mm圓柱面軸線呈一定角度,中間過渡段直徑140-0.110m m,重點尺寸是16.90-0.070mm和65+0.1000mm,而加工精度等級并不高,表面粗糙度值均在Ra=6.3μm,該零件加工難點是R10mm的圓柱面。
回轉(zhuǎn)體一般在車床上加工,而R10mm圓柱面的軸線是傾斜的,不在回轉(zhuǎn)中心上,所以加工中要采取措施,使R10mm圓柱面的軸線與車床回轉(zhuǎn)中心重合。為此要擬定合理的加工工藝,設計簡單可靠的工裝夾具。
根據(jù)該零件的關鍵加工部位是R10mm圓柱面的特點,擬定加工方案為:①下料,采用圓柱棒料。②加工Ⅰ段外螺紋部分。③加工過渡段直徑14mm和直徑20mm圓柱面,保證各段長度尺寸,保證總長120mm。④設計簡單可靠的工裝夾具,加工R10mm圓柱面。
加工R10mm圓柱面,以外螺紋為定位基準,通過車床自定心卡盤定位及夾緊。尾座頂尖支撐R10mm圓柱面軸心(R10mm圓柱面軸心和φ20mm圓柱面軸心在零件Ⅱ段端面上的偏差非常小,中心孔可以共用)一次加工完成,控制好尺寸16.90-0.070m m和長度65+0.1000mm(見圖2)。
圖1 特型柱銷零件示意圖
圖2 零件通過自定心卡盤和頂尖定位示意圖
(1)選擇零件定位基準:特型柱銷R10mm圓柱面的設計基準是其軸線和50mm處的臺階面,而該零件的定位基準應是φ20mm圓柱面的軸線,加工R10mm圓柱面必須使其軸線與車床回轉(zhuǎn)中心重合,為此必須確定R10mm圓柱面軸線與φ20mm圓柱面軸線所夾的傾角δ和以Ⅰ段螺紋端面為基準的兩個軸線的距離X。
計算傾角δ,必須先計算16.9mm尺寸處兩軸線偏心距離Y,由尺寸分析得Y=(3.1±0.2)mm(見圖3)。
再由Y值計算出傾角δ
取δ=2.7°±12′,此角度即為加工零件的傾斜角。螺紋端面兩軸線距離X=(65+50)× tan2.7°=5.7mm。取Y值精度,X=(5.7±0.2)mm(見圖4)。
(2)設計專用夾具:為實現(xiàn)高效、高質(zhì)量加工,設計一套R10mm圓柱面專用夾具。夾具由圓形夾具體、圓形軸向定位板和聯(lián)接螺釘組成(見圖5)。夾具體為安裝零件用,夾具體上加工一螺紋孔M16,其軸線與夾具體回轉(zhuǎn)中心(即R10mm圓柱面軸線)傾斜2.7°。兩軸線最大偏心距為5.7mm。軸向定位板聯(lián)接在夾具體端面,實現(xiàn)零件軸線定位。零件通過螺紋副擰緊于夾具體上,限制零件兩個自由度,實現(xiàn)兩點定位;軸向定位板限制零件軸向運動,實現(xiàn)一點定位;零件φ20mm圓柱面端面上R10mm圓柱面軸線中心孔與車床尾座上彈性頂尖接觸,限制零件兩個自由度,實現(xiàn)兩點定位,共實現(xiàn)五點定位。
夾具體上螺紋孔軸線與回轉(zhuǎn)中心傾角為2.7°,公差取零件公差的1/4,即為2.7°±3′;兩軸最大偏心距5.7mm,公差取零件公差的1/4,即為(5.7±0.05)mm。
圖3 計算16.9mm尺寸處兩軸線偏心距離Y示意圖
圖4 計算螺紋端面兩軸線距離X示意圖
圖5 夾具示意圖1.軸向定位板 2.夾具體 3.零件 4.聯(lián)接螺釘
圖6 圓形夾具體加工螺孔示意圖
如圖6所示,夾具體在車床上加工外圓和上下表面,要求表面粗糙度值均在Ra=6.3μm以下。制作一個斜墊鐵,傾斜角度為2.7°,上下表面進行研磨,保證表面粗糙度值在Ra=3.2μm以下,保證傾斜角度在2.7°公差范圍內(nèi)。使用時,將斜墊鐵固定在鉆床工作臺上,圓形夾具體固定在斜墊鐵上,鉆頭對準夾具體的中心,鉆螺紋底孔,加工螺紋。
使用時將零件擰在夾具體上,車床自定心卡盤卡住夾具體外圓,一次找正后,夾具體不需拆卸,僅更換零件即可。加工時,車床主軸回轉(zhuǎn)方向與零件螺紋擰緊方向相反,使切削力始終保證零件扭緊在夾具體上。
零件Ⅱ段是由直徑20mm半圓柱面和半徑10mm半圓柱面構(gòu)成的組合圓柱面,其截面是橢圓形,如圖1中A―A斷面圖所示,特制一種夾鉗,其內(nèi)口是與零A―A斷面一樣的橢圓形,零件加工結(jié)束,車床主軸停止轉(zhuǎn)動,用簿銅皮纏到零件外表面上(銅皮防止零件表面劃傷),夾鉗夾住零件,主軸緩慢反轉(zhuǎn),卸下零件。
結(jié)合零件特點,安排合理的加工工藝,設計簡單可靠的夾具,保證了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
[1] 王先逵. 機械制造工藝學 [M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2006.
[2] 徐學林. 互換性與測量技術(shù)基礎[M]. 長沙:湖南大學出版社,2007.
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