數(shù)控銑床加工深孔圓弧花鍵槽的一種新方法

敖竹青，熊興榮

（德州大陸架石油工程技術(shù)有限公司，山東德州 253034）

1 零件分析

花鍵槽一般用于回轉(zhuǎn)體類零件的周向固定起傳遞扭矩和轉(zhuǎn)矩的作用?；ㄦI槽的位置可以在軸上，也可以在孔內(nèi)。對(duì)于內(nèi)孔里的花鍵槽，通常采用插削、拉削、刨削、銑削、線切割等方法來(lái)加工。工藝上具體采用哪種方法，需要根據(jù)工件的尺寸大小、精度技術(shù)要求、產(chǎn)品批量，以及現(xiàn)有的加工設(shè)備等相關(guān)因素來(lái)確定。

某公司需要加工一批零件，材質(zhì)為35CrMo，調(diào)質(zhì)后的硬度為290～320HBW。該工件的外徑為φ150 mm，長(zhǎng)為1 000 mm，在距離端面200 mm 處φ110 mm 的孔內(nèi)均布了的4 個(gè)45°的花鍵槽，槽深5 mm，槽長(zhǎng)120 mm，槽的表面粗糙度為Ra6.3。此零件具有以下特點(diǎn)：1）該加工零件較長(zhǎng)，常用的插床、拉床的行程達(dá)不到要求。2）花鍵槽槽底為圓弧，排除了采用車床等的手動(dòng)加工方式。要實(shí)現(xiàn)花鍵槽槽底的圓弧，必須使用數(shù)控機(jī)床。3）花鍵槽所處位置較深，由于銑頭的限制，市面上常規(guī)的刀桿長(zhǎng)度無(wú)法滿足加工需求，需要定制和自制加長(zhǎng)刀桿。

綜合上述情況，為降低成本、縮短加工周期、提高效率，決定充分利用現(xiàn)有的喬友FD18-22 數(shù)控龍門銑床進(jìn)行加工。該設(shè)備既可以進(jìn)行立銑，也可以進(jìn)行側(cè)銑（設(shè)備附件配有一直角銑頭）。在該內(nèi)孔花鍵槽的加工中，采用側(cè)銑。

2 加工方案的確定及實(shí)施

2.1 加工工藝設(shè)計(jì)

零件的加工工藝會(huì)直接影響加工精度和加工效率，制定合理的加工工藝和工藝措施是零件加工的關(guān)鍵。通過對(duì)零件的特征進(jìn)行分析，在充分考慮加工效率和加工質(zhì)量的情況下，銑工序分為粗銑、半精銑和精銑；根據(jù)銑刀自身的特點(diǎn)，則需要增加清根這一工序，具體如表1 所示。

表1 加工工藝設(shè)計(jì)

2.2 夾具的設(shè)計(jì)

對(duì)于該工件的裝夾，不但需要保證工件的穩(wěn)定可靠，還需要保證工件的軸線位置不變，以保證軸槽的中心平面通過軸線。對(duì)工裝的總體要求是不僅要滿足限制工件自由度的要求，而且還要有好的剛性、穩(wěn)定性和精度。主要原理是通過V 型鐵和壓板，用導(dǎo)桿和螺母將工件固定在工作臺(tái)上。

2.3 加工刀具的選擇

因工件的孔徑小于直角銑頭的尺寸，銑頭裝入常規(guī)刀具后無(wú)法進(jìn)入孔內(nèi)進(jìn)行加工，所以在銑削過程中需要使用特制的加粗加長(zhǎng)刀桿來(lái)加工。

銑刀按結(jié)構(gòu)可分為整體式、焊接式、鑲齒式和可轉(zhuǎn)位式。由于可轉(zhuǎn)位刀片在粗銑時(shí)，吃刀量大，可轉(zhuǎn)位刀片切削性能好，換刀時(shí)間短，而且可轉(zhuǎn)位刀片是標(biāo)準(zhǔn)化和集中生產(chǎn)的，刀片幾何參數(shù)易于一致，切屑控制穩(wěn)定，因此粗銑和半精銑時(shí)，選用可轉(zhuǎn)位式銑刀。

在加工過程中，用來(lái)粗銑和半精銑的粗銑刀以D35（R0.8）為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，用以精銑的精銑刀則以D16（R0.8）為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)：一方面將刀桿加長(zhǎng)加粗，滿足深孔加工時(shí)的其長(zhǎng)度和剛性需求；另一方面增加排屑空間，具體如圖1 和圖2 所示。

圖1 粗銑刀

圖2 精銑刀

在精銑過程中，當(dāng)槽的深度大于100 mm 時(shí)，會(huì)因?yàn)榭沟抖纬慑F度，可以利用磨頭加工清除錐度?，F(xiàn)采用φ20 mm的磨頭（材質(zhì)為砂布）。在使用過程中對(duì)磨頭進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，重新設(shè)計(jì)加長(zhǎng)刀桿，再通過螺紋將磨頭與刀桿連接。

2.4 工件的裝夾

首先將V 型鐵（必須成對(duì)）置于銑床工裝臺(tái)上，再將工件置于V 型鐵上，然后把壓板置于工件上，最后用墊片、螺母將穿過壓板的T 型螺栓進(jìn)行鎖緊固定。裝夾過程中，需用杠桿百分表找正：一是保證工件的上素線與工作臺(tái)臺(tái)面平行；二是保證其側(cè)素線與工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向平行；三是保證工件的前端面與后端面平行。具體如圖3 所示。

圖3 工件裝夾實(shí)物圖

2.5 加工路徑

圖4 加工路徑

確定零件的加工路徑時(shí)，需要遵循以下3 個(gè)原則：1）規(guī)劃安全的加工路徑，保證刀具切削加工的正常進(jìn)行；2）規(guī)劃適當(dāng)?shù)募庸ぢ窂?，以滿足加工零件的尺寸精度和表面質(zhì)量的要求；3）規(guī)劃最短的加工路徑，減少走刀的時(shí)間，以提高加工效益。綜合以上內(nèi)容，確定了如圖4 所示的加工路徑。

2.6 切削用量的確定

銑削時(shí)合理地選擇銑削用量，對(duì)保證零件的加工精度與加工表面質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，提高銑刀的使用壽命，降低生產(chǎn)成本等都有重要的作用。通過反復(fù)試驗(yàn)和論證，銑削切削用量的選取如表2 所示。

表2 銑削切削用量的選取

3 結(jié)語(yǔ)

生產(chǎn)實(shí)踐證明，利用企業(yè)現(xiàn)有的數(shù)控銑床加工深孔圓弧花鍵槽，滿足了產(chǎn)品的加工需求，其適用性、經(jīng)濟(jì)性得到了有力的驗(yàn)證。在拉、插、線切割等方法無(wú)法解決的情況下，為深孔圓弧花鍵槽的加工提供一種新的解決方案。

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