陳康瑋,高媛媛
(江蘇省徐州技師學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,江蘇 徐州 221000)
指尖陀螺作為一種玩具,受到了廣大的歡迎。不論大人、小孩都可以在閑暇之余放松一下。技工院校的學(xué)生的喜歡學(xué)習(xí)一些通過機(jī)械、手工制作的物品,結(jié)合一體化課程改革,本文將從指尖陀螺的設(shè)計(jì)、加工工藝、裝配等方面介紹整體的過程。
圖1 平面圖
圖2 爆炸圖
指尖陀螺結(jié)構(gòu)主要由陀螺本體、軸承、端蓋、螺栓四部分組成,如圖1所示,圖2是裝配后的爆炸圖。
主要介紹指尖陀螺本體的加工工藝,如圖3所示。
圖中雙點(diǎn)劃線為毛坯,毛坯尺寸為90×90×10mm,從圖形形狀可以看到,第二面的余量去除時不容易裝夾,那么可以用到“落料”的工藝方法。
該零件采用平口鉗裝夾,利用平口鉗鉗口、墊塊及鉗口開口位置的限位塊來限制工件的6個自由度,如圖4所示。
圖3 指尖陀螺本體平面圖
圖4 工件裝夾示意圖
可以分為粗加工、半精加工、精加工、超精加工四部分,本例中只需前面三部分即可。
粗加工主要是快速地去除多余余量,消除毛坯表面的殘留。半精加工主要是進(jìn)一步消除毛坯的誤差復(fù)映的影響,使精加工余量均勻化。精加工主要是為了達(dá)到工件加工精度的要求、配合的要求,還要達(dá)到表面質(zhì)量的要求。
2.3.1 機(jī)床的選擇
選用三軸加工中心,型號:VMC600,機(jī)床最高轉(zhuǎn)速8000r/min。X/Y/Z軸行程為600/400/500。
2.3.2 刀具的選用
表1 刀具卡
表2 工步表
2.3.3 軸承的選用與配合
軸承選用深溝球軸承697微型軸承。如圖5所示。外圈直徑17,內(nèi)圈直徑7,厚度5。
圖5 深溝球軸承697
采用基軸制過度配合,確定陀螺本體軸承孔公差為φ17K7/h6,即上偏差為0.017,下偏差為-0.012。
2.3.4 落料加工工藝
落料工藝通常用在沖壓件上,用壓力機(jī)將材料從母材中分離出來的一種加工工藝。那么,在數(shù)控銑削加工中如何用的呢?
(1)首先,夾持工件底部毛坯,加工出指尖陀螺內(nèi)外輪廓。如圖6所示。
(2)利用落料原理,加工工件反面余量。見圖7所示。
圖6 指尖陀螺外形加工
圖7 加工反面余量
(3)指尖陀螺實(shí)物圖,見圖8所示。
機(jī)械加工中,零件的幾何參數(shù)的形成取決于工件和刀具在切削過程中相互位置的關(guān)系,而工件和刀具又安裝在夾具和機(jī)床上面,并受其約束,因此,機(jī)床、夾具、刀具和工件所組成的統(tǒng)一體稱為“工藝系統(tǒng)”。
工藝系統(tǒng)的誤差是“因”,加工誤差是“果”。所以,工藝系統(tǒng)誤差為原始誤差。
原始誤差可分為幾何誤差、受力變形引起的誤差、受熱變形引起的誤差及工件內(nèi)應(yīng)力引起的誤差。
圖8 指尖陀螺實(shí)物圖
誤差的性質(zhì)可分為系統(tǒng)性誤差、隨機(jī)性誤差兩種。
(1)系統(tǒng)性誤差的特點(diǎn)。系統(tǒng)誤差的主要特點(diǎn)是可重復(fù)性、單向性和可測性、易減少和消除。如原理誤差,刀具、機(jī)床、量具和夾具的制造誤差,調(diào)整誤差,工藝系統(tǒng)的受力變形等都屬于常值系統(tǒng)性誤差,與加工時間(加工順序)沒有關(guān)系。刀具磨損和刀具的受熱變形是隨加工時間(加工順序)有規(guī)律地變化,屬于變值系統(tǒng)性誤差。
(2)隨機(jī)性誤差的特點(diǎn)。隨機(jī)誤差的主要特點(diǎn)是大小和方向都不固定,其絕對值不可預(yù)知,也無法進(jìn)行精確的測量。但是,隨機(jī)誤差隨著測定次數(shù)的增加,正負(fù)誤差可以相互抵償,誤差的平均值將逐漸趨向于零,所以具備抵償性和有界性。
主要測量與軸承配合的內(nèi)孔直徑,可以通過三點(diǎn)內(nèi)徑千分尺進(jìn)行測量。
(1)選擇合理的切削用量:①適當(dāng)減小進(jìn)給量;②選擇適當(dāng)?shù)那邢魉俣龋虎圻x擇適當(dāng)?shù)那邢魃疃取?/p>
(2)選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)。
①增大刃傾角對減小表面粗糙度值有利。
②減少刀具的主偏角,副偏角,增大刀尖圓弧半徑,可以減少切削殘留面積,使其表面粗糙度值減少。
③改善工件材料的性能。
④選擇合適的切削液。
鋁合金專用切削液分四種:一種純油性叫切削油;三種水性,兌水使用,分別為乳化液,半合成切削液,全合成切削液。
切削油:純油性,直接使用,潤滑冷卻防銹性能極佳,但不易清洗。
乳化液:50%的含油量,潤滑冷卻防銹性能僅次于切削油,但穩(wěn)定性不好,壽命短易發(fā)臭。
半合成切削液:30%的含油量左右,綜合性能最好。
全合成切削液:不含基礎(chǔ)油,由各種添加劑組合而出,冷卻性能,清洗性能極佳,潤滑防銹性一般。
⑤選擇合適的刀具。
⑥防止或減少工藝系統(tǒng)的振動。
本例中,軸承的外圈與指尖陀螺本體配合較緊,內(nèi)圈與軸頸的配合較松,所以,應(yīng)先將軸承壓入指尖陀螺孔里。軸承的裝配一般可以用以下幾種方法:
(1)當(dāng)配合過盈量較小時,可用壓入法壓入軸承。如套筒壓入法、用銅棒對稱地在軸承內(nèi)外圈斷面均勻敲入。
(2)當(dāng)配合過盈量較大時,可用壓力機(jī)械壓入。如螺旋式或杠桿齒條式壓力機(jī)。如果壓力不能滿足,可以采用油壓機(jī)裝配。
(3)當(dāng)配合過盈量很大時,可用溫差法裝配。小型軸承,可以掛在油中加熱;對于較大的軸承,可以將軸承放在油箱內(nèi)網(wǎng)格上加熱,可以避免軸承局部過熱。加熱到80~100℃,即可裝配。
本文中的指尖陀螺采用過度配合,裝配時,采用錘擊法即可。要注意不要損傷工件表面。裝配完成后,如圖9所示。
圖9 裝配完成后的指尖陀螺