倒四棱錐軸銑削加工工藝分析及其加工質(zhì)量控制

張金超

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

當前我國對銅帶產(chǎn)品的精度和質(zhì)量要求越來越高，要想獲得板型好、卷的整齊的高質(zhì)量帶卷，卷取機在冷軋銅帶機組中發(fā)揮著重要作用。卷筒是卷取機的重要組成部分，一般有實心卷筒式、弓形塊徑向液壓鉗口閉式、扇形塊四棱錐式、扇形塊八棱錐式等幾種結構形式。而現(xiàn)代銅帶冷軋機發(fā)展方向是高速度、大卷徑、大張力，四棱錐式卷筒正滿足這種特點。

1 四棱錐卷筒結構

四棱錐卷筒是各種脹縮式卷筒中剛性最大的一種(圖1)，這種卷筒脹徑時，由脹縮缸直接帶動四棱錐主軸做軸向運動，使扇形塊產(chǎn)生徑向移動。由于沒有中間過渡零件，主軸斷面尺寸相對較大，因而強度高、剛度大，可承受更大的負載，適合于大卷徑、大張力軋制，在鋼鐵軋機上已獲得廣泛應用。新設計的倒四棱錐結構卷筒結構更加合理，使主軸的受力狀態(tài)由受壓變?yōu)槭芾?，顯著改善了扇形塊的受力狀態(tài)，且不必設計鉤頭結構，實際應用效果更加理想。

作為卷筒中核心部件的倒四棱錐軸，結構復雜，工序繁多，設計要求截面結構對稱性好，棱錐面精度要求高，其加工質(zhì)量好壞直接影響到整套卷筒的質(zhì)量、裝配周期及使用壽命?，F(xiàn)階段，國內(nèi)大中型數(shù)控銑床并不普及，因此，如何在一般通用機床上加工這種高精度中大型工件，對其加工工藝方法提出了較高要求。本文以某臺銅帶精軋機卷取機為例，著重對這種倒四棱錐結構錐軸(圖2)的銑削加工工藝及加工質(zhì)量控制進行分析。

2 錐軸銑削加工工藝分析

2.1 零件介紹及工藝路線的確定

該零件長2816mm，直徑方向最大為453mm，重量為1150kg，材質(zhì)為42CrMo，調(diào)質(zhì)HB241～HB286，錐表面氮化處理HRC55～HRC60；其左端為三級棱錐體，尺寸公差為±0.02mm，對稱度、平行度、同軸度公差均為±0.01mm，粗糙度為0.8。機械加工過程中，不同的機械加工工藝對零件加工的精度影響較大，尤其針對這種高精度中長大型軸類零件，如何利用多種加工工藝使工件的精度達到設計要求，減少各種因素對加工精度的影響，顯得尤為重要。綜合考慮，制定了工藝路線(表1)。

表1 工藝路線表

2.2 銑削加工工藝分析

由于此零件結構復雜，棱錐面呈8°±3′，且相互位置精度要求較高，粗精銑必須依靠工裝完成，極易因裝夾不當影響加工精度，且加工中需多次旋轉找正，無法一次裝夾加工完成。現(xiàn)就此四棱錐軸的棱錐面及其燕尾槽的加工及精度控制做詳細分析。

2.2.1 機床的選擇

根據(jù)此工件的尺寸大小、平臺裝夾、要求的切削能力及需達到的加工精度，選擇5m數(shù)顯龍門銑床(H2120/5)。此機床主軸功率為30kW、主軸轉速31.5rpm～630rpm、重復定位精度≤0.025mm、工作臺尺寸2000mm×5000mm，滿足此軸的加工要求。

2.2.2 工裝的設計及應用

為了保證加工時各棱錐面的相互位置精度，選擇定位基準面時應盡量遵循基準重合和基準統(tǒng)一原則。棱錐面的設計基準是軸中心線，故應選擇軸中心線作為定位基準。因棱錐面與軸線角度要求為8°±3′，特設計V型工裝架(圖3)，使棱錐面與機床工作臺面平行。此工裝架V型面的精加工及相互位置尺寸均在機床上一次裝夾加工完成。工裝加工好后保持不變，直接裝卡工件進行銑削加工，以此保證軸線方向定位基準。

2.2.3 棱錐軸翻轉90°找正方法

精銑時，為了保證棱錐面相互位置精度，應保持刀具位置不變，工件旋轉90°，精銑相鄰棱錐面，并反復幾次。因工件在V型架中轉動，且軸向移動自由度被限制(僅剩下轉動一個自由度)，故定位基準沒有改變。這樣，如何確保90°翻轉精度就非常重要了，其找正是否準確直接影響到相鄰兩面的垂直度要求。一種簡單可靠的找正技巧(圖4)，可以確保相鄰面的垂直度要求。

如圖4所示，翻轉90°后，用百分表在已加工面上垂直拉表找正，百分表讀數(shù)滿足以下幾何關系：M=S×tan8°=X×tan28°；式中，X為機床打表垂直方向位移；M為百分表讀數(shù)。在已加工面上選取兩點，設定垂直拉表距離X分別為250mm、200mm，則M值分別為4.94mm和3.95mm，找正精度為分別為4.94mm±0.01mm、3.95mm±0.01mm，以確保90°翻轉，保證相鄰兩面的垂直度要求。

2.2.4 錐面加工時刀具的選用及銑削參數(shù)的選擇

如表2所示，分別對工件半精銑和精銑時刀具的選用及銑削參數(shù)的選擇做出了分析。

表2 刀具及銑削參數(shù)

2.2.5 棱錐面上燕尾槽的加工分析

燕尾槽(圖5)的加工存在兩個難點，一是燕尾槽本身尺寸精度的保證，二是兩燕尾槽的對稱度要求。針對以上難點，本文做了以下加工工藝簡要分析，并提出了相關檢測方法。

(1)機床雙向拉表找正，定中心線，預先加工39mm×17.5mm直槽(8°斜面留研磨量)。開直槽后，用內(nèi)、外徑千分尺測量，檢測對稱度要求。

(2)用專用燕尾槽銑刀精銑斜槽，加工中采用“圓棒測量法”間接校驗燕尾槽的尺寸精度及對稱度要求。如圖6所示，利用機床測量M1、M2值，跟理論計算尺寸值比較，可檢驗其精度要求。

3 加工質(zhì)量控制

機械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)相符合的程度，他們之間的差異稱為加工誤差，加工誤差的大小反應了加工精度的高低。根據(jù)此工件的工藝特點，結合實際加工中的經(jīng)驗，本文總結了以下幾點來分析說明如何控制加工誤差，提高加工質(zhì)量。

(1)工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。機床制造誤差對工件加工精度影響較大的有主軸回轉誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。本工件選用的是5m龍門銑機床，機床本身剛度強，功率大，精度較高，適合中大型工件的加工。

(2)加工前要調(diào)整好銑頭與工作臺的垂直度，防止工件表面出現(xiàn)“凹心”或“掃刀”現(xiàn)象，從而影響工件的平面度與光潔度，而且還會降低刀具的耐用度。具體檢測采用“百分表畫圓方法”，操作如下：將百分表架吸在機床的主軸端面，或將百分表的表桿用銑刀彈簧夾頭夾上，主軸掛空檔，將百分表測量頭打到機床的工作臺面上，用手扳動主軸輕輕旋轉，看左右兩側的尺寸相差值，調(diào)整銑頭的角度，直到左右兩邊數(shù)據(jù)一致即可。

(3)銑削過程中應盡量縮短銑刀的懸伸量，以減小銑刀徑向和軸向的跳動量，有效避免或降低由于銑削不均勻而引起的振動，提高切削穩(wěn)定性。

(4)加工過程中要時刻注意工件的裝夾是否牢靠，經(jīng)常檢查和測量，有效防止因工件松動等原因造成殘次品或廢品。

4 結束語

錐軸是卷取機卷筒中的核心零件，而銑削加工是錐軸加工中的關鍵工序，好的工藝方法可以保證其加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。本文采用的這種新的加工、找正方法，化繁為簡，簡單實用，在保證工件高精度加工要求的同時降低了對機床的過度依賴性，在加工行業(yè)中具有普遍應用價值。