劉國(guó)威

(茂名市高級(jí)技工學(xué)校,廣東 茂名 525000)

均勻變徑細(xì)長(zhǎng)軸跟刀架設(shè)計(jì)

劉國(guó)威

(茂名市高級(jí)技工學(xué)校,廣東 茂名 525000)

應(yīng)用跟刀架技術(shù)對(duì)變徑細(xì)長(zhǎng)軸在數(shù)控車床上加工,從夾具的定位、夾緊、均勻受力等方面進(jìn)行設(shè)計(jì),以及各齒輪間的嚙合、齒條與齒輪的間隙補(bǔ)償方法、緊固點(diǎn)與零件間的接觸進(jìn)行討論,使該夾具在實(shí)習(xí)生產(chǎn)中證明能保證加工質(zhì)量、生產(chǎn)穩(wěn)定、及降低技術(shù)人員操作要求,提高生產(chǎn)效率.

變徑;細(xì)長(zhǎng)軸;跟刀架;一夾一頂

我們學(xué)校需加工圖1所示的變徑細(xì)長(zhǎng)軸零件,從圖紙上面來(lái)看,兩端有鍵槽,整體式軸類零件產(chǎn)品,是作為機(jī)器設(shè)備中某一傳遞動(dòng)力單元的零件.中間部分為一個(gè)240mmX28mm的橢圓,兩端各有一個(gè)鍵槽,槽兩端為兩個(gè)半徑為3mm的圓弧,槽寬為6mm,槽深為5mm,槽總長(zhǎng)為26mm的鍵槽.(只做車削部分)變徑細(xì)長(zhǎng)軸在設(shè)備中一般起到傳遞動(dòng)力的作用,得知該變徑細(xì)長(zhǎng)軸的轉(zhuǎn)速要求較高,在加工中,如何裝夾作為我們考慮的重點(diǎn).

由于該零件加工數(shù)量小,但是加工難度比較高,我校的車床為普通數(shù)控車床,在裝夾零件時(shí),通用一夾一頂?shù)姆绞竭M(jìn)行加工.但是在加工過(guò)程中,由于零件產(chǎn)品較長(zhǎng),毛坯較少(φ30mmX420mm)會(huì)導(dǎo)致零件由于過(guò)長(zhǎng)彎曲情況出現(xiàn),壓力過(guò)小,起不到支撐作用;壓力過(guò)大,會(huì)使零件變成"竹節(jié)"形狀.因此,為了能保證零件加工的尺寸精度和形位精度,專門(mén)設(shè)計(jì)一種專用跟刀架,可以使在加工中,變徑細(xì)長(zhǎng)軸的每個(gè)點(diǎn)都能足夠的支撐力,直徑隨刀具的變化而變化,來(lái)幫助我們保證形位精度.

1 零件加工工藝分析

零件毛坯φ30mmX420mm,材料為45號(hào)鋼.根據(jù)工藝規(guī)程,軸兩端的鍵槽是后期加工,不在本次加工范圍內(nèi).φ16mm的直徑軸預(yù)先加工好,然后裝夾在機(jī)床上,零件采用一夾一頂?shù)姆绞竭M(jìn)行固定,跟刀架裝在φ16mm直徑面上,但不與φ16mm直徑面接觸,刀尖點(diǎn)與跟刀架接觸點(diǎn)稍稍向三爪卡盤(pán)位偏移5.1mm,刀尖加工φ22mm直徑面5mm后面,跟刀架與φ22mm直徑接觸實(shí)現(xiàn)輔助支撐.

2 變徑跟刀裝置的設(shè)計(jì)思路

利用現(xiàn)有的跟刀架,針對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸的加工存在的諸多困難和質(zhì)量加工不穩(wěn)定問(wèn)題,我們將其中之一的支撐點(diǎn)改良成刀具位,不僅起到支撐作用,還可以進(jìn)行切削.

3 跟刀架整體設(shè)計(jì)

圖1

跟刀架對(duì)應(yīng)的中心高度為CA6140標(biāo)準(zhǔn)高度,是我?，F(xiàn)有數(shù)控車床,高度205mm.刀柄裝夾刀粒,刀柄裝夾在數(shù)控機(jī)床刀架座,將2個(gè)支撐桿放松拉起,將工件裝在跟刀架中心后,預(yù)緊支撐桿對(duì)零件的壓力.通過(guò)刀柄上的齒條帶動(dòng)兩端齒輪,齒輪間的嚙合,帶動(dòng)兩個(gè)支撐桿,調(diào)節(jié)零件直徑的變化,達(dá)到實(shí)時(shí)對(duì)零件各部位的壓力都是一樣.支撐桿部位后面加有彈簧,接觸點(diǎn)為軸承組合,主要起到由于齒輪間隙造成的誤差,有彈簧壓緊支撐桿,消除齒間的間隙,達(dá)到間隙補(bǔ)償?shù)淖饔?并帶有微小彈性,減小支撐桿與零件接觸點(diǎn)的硬摩擦力,延長(zhǎng)跟刀架支撐桿的使用壽命.

3.1 齒輪、齒條的設(shè)計(jì)

有6個(gè)齒輪與三個(gè)齒條互相嚙合,考慮到數(shù)控加工X方向的移動(dòng)量比較小,整體尺寸在φ250mm,內(nèi)齒輪的中心點(diǎn)在φ150mm的圓上,支撐桿以刀具水平為基準(zhǔn),角度取120度為分界線,定2個(gè)支撐桿.

3.1.1 齒輪設(shè)計(jì)

在齒輪方面,根據(jù)工作條件,漸開(kāi)線齒廓曲線齒輪具有可分性和嚙合線為直線,并有很好的傳動(dòng)性能,而且便于制造、安裝、測(cè)量、互換,保證穩(wěn)定的傳動(dòng)比,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),已知6個(gè)齒輪選擇分度圓直徑φ64mm,齒輪與齒輪間的嚙合,需相同的模數(shù)和壓力角,才能達(dá)到正確嚙合條件.根據(jù)查表所得,跟刀架使用6個(gè)同樣模數(shù)、壓力角相同的齒輪,進(jìn)行嚙合,保證齒輪的正確傳動(dòng).在傳動(dòng)中,小模數(shù)齒輪將會(huì)運(yùn)行平穩(wěn),瞬時(shí)傳動(dòng)也比較大模數(shù)的齒輪要準(zhǔn),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更緊湊,選擇小模數(shù)齒輪主要是降低齒輪間傳動(dòng)間隙,保證傳動(dòng)精度.

3.1.2 材料選擇

由于加工時(shí),是采用中速,中載的環(huán)境,且齒輪輪齒較小,在加工中一定要保證齒輪輪齒的強(qiáng)度、硬度及塑性變形的綜合性能,齒輪材料選擇:齒輪選用45號(hào)鋼制造并經(jīng)調(diào)質(zhì),表面硬度均應(yīng)在56HRC以上硬齒面齒輪.

3.2 齒條設(shè)計(jì)

由于齒條齒廓是直線,壓力角都相等,等于齒廓的齒形角.根據(jù)齒輪齒條的嚙合特點(diǎn),由于齒條在刀柄和支撐桿上下兩端,上下齒條一樣,保證齒輪和齒條的正確嚙合條件就是模數(shù)和壓力角相同,模數(shù)M=1,壓力角α=20°,齒條斷面形狀選取圓形,刀柄厚度為20mm,總厚度包含雙面齒條總高度.

3.3 彈簧

彈簧的主要作用是消除齒輪間的嚙合間隙.利用彈簧的彈力,來(lái)消除移動(dòng)過(guò)程中所帶來(lái)的累積誤差,從而起到比較穩(wěn)定的支撐力,對(duì)零件加工有著重要的意義.

延彈簧軸線后方加裝一個(gè)螺栓,螺栓的主要作用就是對(duì)彈簧附加一個(gè)預(yù)緊力.由于加工的零件直徑不同,彈簧的預(yù)緊力也不同,為了能更好的使支撐桿對(duì)零件表面有個(gè)合理的壓力,調(diào)節(jié)螺栓可以達(dá)到我們所需要的預(yù)緊力.對(duì)控制精度、表面粗糙度、形位精度都有著很大的改善.

彈簧的選取.彈簧的設(shè)計(jì)中,旋繞比(彈簧指數(shù))C是重要參數(shù).考慮到彈簧的強(qiáng)度、硬度等參數(shù),才能保證設(shè)備的正常工作,保證不會(huì)出現(xiàn)塑性變形,在選取彈簧參數(shù)時(shí)要注意旋繞比,彈簧指數(shù)、剛度、硬度,彈簧內(nèi)外側(cè)的應(yīng)力.

3.4 軸承

采用環(huán)套軸承的方式,變滑動(dòng)型摩擦為滾動(dòng)型摩擦.以滾動(dòng)接觸替代滑動(dòng)接觸可減小摩擦的相關(guān)阻力.在工件高速旋轉(zhuǎn)時(shí),滾動(dòng)軸承與工件一同旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦,降低摩擦系數(shù),減小摩擦阻力,同時(shí)減少了磨損,對(duì)工件的損害也較小,增加產(chǎn)品的合格率,同時(shí)解決了支撐爪的磨損問(wèn)題.每個(gè)接觸點(diǎn)采用一個(gè)軸承,(單軸承根據(jù)加工產(chǎn)品的要求,加工參數(shù)的選擇)外環(huán)安裝軸套,增大接觸面積,可對(duì)工件產(chǎn)生足夠的作用壓力,保證車削時(shí)的精度要求.

3.4.1 軸承的選擇

軸承的材料主要因?yàn)楦都?主要起到支撐的作用,受力均勻且輕載,故選取以碳素鋼制造的軸承.軸承一般都是標(biāo)準(zhǔn)件,在選擇時(shí)主要注意合理性和實(shí)用性.由于軸承與軸套配合,同時(shí)承受著徑向力載荷和軸向載荷.根據(jù)以上條件,深溝球軸承主要能力就是承受徑向載荷,也可同時(shí)承受較小的軸向載荷.如果深溝球軸承同時(shí)具有較大的徑向游隙時(shí),也可以認(rèn)定為與角接觸軸承同性能,可承受較大的軸向載荷 ,利用深溝球軸承小摩擦系數(shù),轉(zhuǎn)速上限高.所以選擇深溝球軸承.

3.4.2 軸承的規(guī)格

根據(jù)以上要求,結(jié)合跟刀架自身尺寸限定,選取軸承.查得深溝球軸承 619/5-Z 比較符合這款跟刀架的整體設(shè)計(jì),在尺寸規(guī)格上都能滿足要求.

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)跟刀架,彌補(bǔ)了細(xì)長(zhǎng)軸在加工中出現(xiàn)的剛性較差,在切削力、重力等作用下,易產(chǎn)生彎曲和振動(dòng)所導(dǎo)致的加工精度無(wú)法達(dá)到要求,我們通過(guò)實(shí)踐證明,采用跟刀架在加工變徑細(xì)長(zhǎng)軸時(shí),由于跟刀架支撐點(diǎn)在加工點(diǎn)的切面上,始終支撐加工點(diǎn),穩(wěn)定切削力和吃刀量,保持工件旋轉(zhuǎn)精度的穩(wěn)定性,零件加工表面粗糙度有了穩(wěn)定的切削過(guò)程,RA出現(xiàn)明顯的改善,尺寸精度可以達(dá)到要求,產(chǎn)品合格率有了大幅的提升.設(shè)計(jì)該跟刀架使生產(chǎn)效率和質(zhì)量有所提高,滿足了產(chǎn)品的要求,如表1.

表1 使用跟刀架加工前后情況記錄表

[1]李昌年.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與制造[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2012,12.

[2] 楊柯楨.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(第五版)[M].高等教育出版社,2006,5.

TJ810.376

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1671-0711(2017)11(上)-0110-02