彭華武,張甲濤,周德民,居大偉,方振紅
中國兵器工業(yè)集團江山重工研究院有限公司 湖北襄陽 441100
矩形螺桿多用于傳遞軸向大載荷動力,且要求傳動效率高[1],在軍工、重型機械、機床及汽車等行業(yè)應(yīng)用廣泛,我公司某千斤頂電動缸上的螺桿是該產(chǎn)品的關(guān)鍵零件(見圖1),工件總長度1001mm,螺距18mm,牙槽寬度9H11,齒厚9mm,螺桿外圓與基準同軸度0.05mm,直線度0.05mm,螺旋槽總長791mm。長徑比、螺距和加工余量大,需要對螺旋槽粗加工釋放應(yīng)力再進行精加工,造成二次裝夾找正螺旋槽調(diào)整試切時間長,加工后呈弓形彎曲變形,直線度0.05mm較難保證,現(xiàn)有的工藝方法多次改進后效果不明顯。通過采用一種螺旋槽軸向定位、反走刀減應(yīng)力的新工藝方法,原工藝中存在的裝夾找正困難和變形問題得到了解決,消除了零件加工質(zhì)量不穩(wěn)定的現(xiàn)象,加工效率提高了6倍以上。
圖1 螺桿結(jié)構(gòu)示意
原工藝方案中零件經(jīng)粗加工后,停留一段時間釋放應(yīng)力,再進行精加工。采用普通車床,自制高速鋼車刀(見圖2),根據(jù)螺桿螺距磨削切削刃、車刀副角,對操作人員技能水平要求較高。由于自制高速鋼車刀強度差,因此在切削過程中,只能采用低進給的方式進刀,刀具磨損次數(shù)多,可靠性較差。
圖2 自制高速鋼車刀
二次裝夾時采用普通卡盤裝夾后,需要對工件進行打表,找正外圓工件的跳動,通過實際的跳動值,對工件來回調(diào)整,此過程時間長,效率低。再對找正后工件進行對刀,找出工件的加工起始點,在對刀過程中,存在一定的操作誤差,給產(chǎn)品質(zhì)量帶來極大的風險。
正走刀切削(見圖3)是從機床尾部向頭部方向走刀,工件在加工過程中受壓,容易發(fā)生振動和彎曲變形,對于長軸類零件,表面質(zhì)量差,產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。
圖3 正走刀切削示意
對原工藝方法進行分析后,可將加工工藝優(yōu)化。采用數(shù)控車削中心和涂層刀具,制作定位裝置,利用螺旋槽軸向定位,采用反走刀切削方式。這樣的加工方式可以采用較大的進給量,在提高加工效率的同時,不僅增大了縱向切削力,減輕了工件徑向圓跳動,而且減少和消除了大幅度振動,從而解決傳統(tǒng)加工方法存在的不足。
設(shè)計專用軟爪[2],通過半包式自定心卡盤夾緊外圓,實現(xiàn)工件自動定心,降低裝夾誤差,再以定位凸臺進行定位,固定工件的裝夾位置,專用軟爪模型如圖4所示。
圖4 專用軟爪模型
設(shè)計螺旋槽軸向定位輔具專用軟爪(見圖5),在指定的卡盤上,通過專用定位輔具對工件進行定位,省去了打表找正外圓、重新設(shè)置工件加工起始點等輔助工作[3]。
圖5 螺旋槽軸向定位輔具專用軟爪
調(diào)整數(shù)控車刀角度,使涂層刀具角度與螺桿螺旋角一致(見圖6)。
圖6 涂層刀具楔形塊螺旋角調(diào)整
在加工首件時,采用專用定位輔具確定工件的裝夾位置,確定工件數(shù)控程序加工原點。在后續(xù)其他的加工中,通過專用定位輔具進行輔助定位后,無需重新對刀,可以實現(xiàn)裝夾、對刀一次完成(見圖7)。
圖7 工件快速定位裝夾
采用車削中心時,將車刀安裝在與普通車床車刀架相反的方向,即可實現(xiàn)反向走刀(見圖8)。采用反向走刀切削時,工件處于受拉狀態(tài)。由于軸向力的作用拉緊了工件,增加了工件的實際剛度,從而避免了工件發(fā)生彎曲(弓形)變形。
圖8 反向走刀
工藝優(yōu)化后,操作人員只需要在首件調(diào)試時,進行對刀調(diào)整,裝夾位置固定后,即可批量生產(chǎn),對操作人員技能要求也大幅度降低,普通技能水平人員即可輕松操作。螺旋槽軸向定位、反向走刀切削減應(yīng)力的工藝方法,已經(jīng)成功應(yīng)用于我公司某重點裝備螺桿的加工中。螺桿裝夾時間由原來的10min縮短至5min,效率提高一倍。加工時間由原來的3h縮短至25min,切削效率提高了6倍以上,有效解決了螺桿加工效率低的問題。采用反走刀切削,可以采用較大的進給量,在提高加工效率的同時,不僅增大了縱向切削力,而且減輕了工件徑向圓跳動,減少和消除了大幅度振動,保證了工件加工表面的質(zhì)量。經(jīng)批量生產(chǎn)300件驗證(見圖9),直線度保持在0.01~0.02mm,解決了工件變形質(zhì)量問題,累計創(chuàng)造經(jīng)濟效益100余萬元。
圖9 批量生產(chǎn)的零件
傳統(tǒng)加工方法由于設(shè)備、刀具受限,加工工藝較為落后,通過采用車削加工中心,可將刀具安裝在相反方向,從而實現(xiàn)反向走刀減應(yīng)力的切削方法,突破了原加工工藝無法解決的技術(shù)難題,可以在類似工件加工中應(yīng)用。