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        數(shù)控車床超長鏜桿的加工工藝分析

        2020-10-26 06:51:50王兵琴
        機電信息 2020年26期
        關鍵詞:鏜桿加工精度

        摘要:針對數(shù)控車床用于深孔加工的超長鏜桿,結合其結構及技術要求,分析了其加工過程及加工難點,對鏜桿進行預變形加工,可保證其精度,以滿足深孔零件加工的精度要求。

        關鍵詞:鏜桿;預變形;加工精度

        0 引言

        在數(shù)控車床上安裝鏜孔裝置,可以對深孔類零件直接進行加工,減少裝夾次數(shù),降低裝夾誤差,提高工件加工精度和工作效率。因此,保證鏜桿自身的加工精度就顯得尤為重要,其精度直接影響著加工零件的精度。在鏜桿生產加工過程中,通過對鏜桿進行預變形加工,提高其精度,可以保證加工零件的精度,滿足產品性能要求。

        1 鏜桿結構及技術要求

        某鏜桿的材質為ZG270-500,由4段組成,每段4.2 m,總長16.8 m,其截面呈長方形結構,鏜桿結構如圖1所示,鏜桿截面如圖2所示。鏜桿的每段連接處由圓柱銷連接,與孔采取過盈配合方式。鏜桿每段之間采用焊接連接,焊接坡口為10°。

        鏜桿技術要求:A、B基準面要求直線度為0.02 mm/100 mm,全長直線度要求為0.1 mm,A、B基準面要求垂直度為0.02 mm,相對面平行度為0.025 mm。鏜桿各配合圓柱孔要求圓柱度為0.02 mm,端面對A、B基準面垂直度為0.05 mm。

        2 鏜桿變形量分析

        鏜桿長16.8 m,采用兩端支撐方式,前端設置有頂尖1,與主軸錐套配合頂緊,后端通過鏜桿箱體3支撐,有效長度為13.8 m,鏜桿支撐圖如圖3所示。

        鏜桿在自然支撐狀態(tài)下因重力會產生撓度,具體計算如下:

        根據(jù)鏜桿材質ZG270-500,取彈性模量E=200 GPa(即200×105 N/cm2),質量m=15 667.811 kg,則慣性矩:

        I=(BH3/12)-(bh3/12)=(50×653÷12)-(37×523÷12)

        ≈710 729.5 cm4

        式中:B為鏜桿外截面寬度(cm);H為鏜桿外截面高度(cm);b為鏜桿內截面寬度(cm);h為鏜桿內截面高度(cm)。

        均布線荷載:q=m/l=15 667.811×10÷1 380≈113.5 N/cm。

        根據(jù)撓度計算公式,ymax=5ql4/(384EI)=5×113.5×1 3804÷(384×200×105×710 729.5)≈0.377 1 cm。

        鏜桿的撓度易引起鏜孔時零件內孔變形,因此,控制鏜桿撓度尤為重要,可通過改進工藝方法,提高鏜桿的精度和剛性,以減小鏜桿撓度變形,保證鏜桿加工工件的精度。

        3 鏜桿加工工藝分析

        通過上述分析可知,鏜桿加工困難,加工過程中容易產生變形,加工精度難以保證。因此,對于超長鏜桿,需要改進工藝方法,減小加工過程中應力引起的變形,通過預變形加工以保證零件的精度要求。鏜桿具體加工工藝過程如下:

        (1)分別粗銑各段4個平面,留量10 mm。(2)粗銑各端頭,粗鏜內孔,留量10 mm。銑焊接坡口至圖紙尺寸。(3)時效處理。(4)以相同面為基準,依次將各段鏜桿安裝在工作臺上,以A、B面互為基準,銑各段基準面,留精銑余量。加工完成后卸下工件,并按順序對各段進行編號。(5)以已加工基準面為基準,精銑1和2號、3和4號對接端面使其達到技術要求,精鏜1和2號、3和4號對接內孔使其達到技術要求。(6)按編號對各段進行對接,采用冷凍法對連接圓柱銷進行冷凍,保證間隙在0.1 mm以內進行安裝。安裝圓柱銷時,分別對接1號和2號鏜桿、3號和4號鏜桿,如圖4所示。(7)在工作平臺上進行焊接,分別焊接1段和2段、3段和4段,要求焊縫平整、均勻,焊接可靠。(8)銑1段和2段、3段和4段基準面,留精銑余量。精銑兩段對接端面使其達到技術要求,精鏜對接內孔使其達技術要求。(9)對接1~2段和3~4段,使兩段鏜桿連接成整體,如圖5所示。(10)二次時效處理。(11)精銑鏜桿各面至圖紙尺寸,并符合技術要求。(12)精鏜鏜桿前端內孔至圖紙尺寸,并符合技術要求。

        4 鏜桿現(xiàn)場加工難點處理

        在鏜桿加工過程中,難點一為圓柱銷的安裝,圓柱銷與孔配合為過盈配合H7/p6,過盈量為-0.004 -0.079,因此,在安裝過程中必須采用冷凍技術,將圓柱銷預先冷凍,保證間隙在0.1 mm以內時再進行安裝。本文第一次采用工業(yè)用冰箱進行冷凍處理,放置48 h后,直徑縮小量為0.05 mm,經測量達不到裝配間隙要求,后改為用液氮進行冷卻,冷卻時間為35 min,直徑縮小量為0.25 mm,達到了裝配要求,裝配非常輕松。難點二為時效處理,通過時效消除加工殘余內應力,減小鏜桿變形量。本文第一次時效處理完成后進行半精加工,半精加工留有5 mm量時,發(fā)現(xiàn)還有內應力變形,因此增加二次時效處理,以消除殘余內應力,時效處理回火必須保證溫度達550 ℃。難點三是各段鏜桿之間的對接必須按照加工標記序號進行找正,找正后在坡口處焊接,要求無焊接缺陷。

        5 結語

        超長鏜桿易產生撓度變形,通過預變形加工可以減小鏜桿的變形量,保證鏜桿的加工精度,為數(shù)控車床加工深孔類零件精度提供了保障,實現(xiàn)了一機多能,提高了數(shù)控車床的加工效率和加工精度,降低了數(shù)控車床的加工成本。

        [參考文獻]

        [1] 王先逵.機械制造工藝學[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995.

        [2] 趙弘.深孔加工專用鏜桿動態(tài)特性研究及應用[D]上海:上海交通大學,2005.

        [3] 王秀平.鏜桿加工工藝探索與分析[J].金屬加工(冷加工),2017(Z1):72-75.

        收稿日期:2020-08-19

        作者簡介:王兵琴(1985—),女,甘肅天水人,工程師,從事機械加工工藝設計工作。

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