雙配合零件數(shù)控車削工藝設(shè)計及加工

楊 旭,田志勇,歐 易

(成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院/成都市技師學(xué)院,四川 成都 611731)

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,制造業(yè)的要求越來越高,對產(chǎn)品的尺寸精度和輪廓外形也有了更高的要求。零件之間的配合是保證機器正常運行的關(guān)鍵。配合零件是車削加工的對象之一,為達到零件配合要求,需綜合考慮各方面的因素。對配合零件之間的要求,零件的尺寸精度、表面粗糙度等要求不斷提高,普通機床加工很難達到,需要在數(shù)控機床上才能完成。

四件套組合零件合理的車削工藝方案減少輔助時間,提高生產(chǎn)效率,保證零件尺寸精度和形位公差[1]。根據(jù)零件圖樣確定加工工藝,應(yīng)用加工技巧和編程技巧,做到高效率、低成本,為企業(yè)創(chuàng)造高利潤[2]。針對圓錐面配合零件在普通車床上加工存在的問題,利用百分表配合車削加工和三角形關(guān)系解決圓錐零件配合間距[3]。某典型配合件為例分析零件技術(shù)要求,對加工過程中的問題進行研究[4]。對盤類配合零件的加工,合理工藝安排和夾持位置,可減少生產(chǎn)輔助時間,提高生產(chǎn)效率,避免工件的已加工表面夾花[5]。以中職競賽試題為例,利用三角函數(shù)和百分表配合測量車削加工錐度配合零件的方法和步驟[6]。以配合件加工為例最終確定合理工藝方案,保證工藝設(shè)計要求及工件的加工精度要求,以達到各項加工要求,最終完成零件的加工[7]。

1 零件工藝分析設(shè)計及裝夾方式選擇

1.1 零件工藝分析

如圖1 所示,為雙配合零件二維圖紙,表面的形狀由半圓弧面、外圓柱面、外三角螺紋、內(nèi)外錐度面、槽、內(nèi)外圓錐螺紋組成。毛坯為φ50 mm×186 mm的硬鋁棒料。零件形狀為中等復(fù)雜,在普通車床上很難保證加工精度。零件帶公差尺寸都在0.005 mm 及以內(nèi),尺寸精度極高,表面粗糙度為1.6 μm。因公差值較小編程時不好處理,即取基本尺寸進行編程,尺寸標注完整,尺寸精度通過刀具偏執(zhí)進行設(shè)置。根據(jù)實際設(shè)備情況,選擇配備FANUC-0I 數(shù)控系統(tǒng)的CK6140 臥式車床進行零件加工。按照基軸制的原則,先車削加工軸件1,再車削加工件2。

圖1 雙配合零件二維圖紙

件1 的車削有2 種車削方案:方案一即直接裝夾車削,先車削加工右端臺階和圓錐螺紋,夾持φ38圓柱面,再車削左端的半圓弧、圓柱螺紋、錐度面。方案二是采用一夾一頂裝夾方式進行,先車削左端的半圓弧、圓柱螺紋、錐度面,夾持φ24×6 寬的圓柱面,用頂尖頂右端面再進行車削右端的臺階和圓錐螺紋。因車削螺紋時,零件受到的切削力比較大,所以采用方案一進行加工,精車余量都留0.5 mm。

件1 右端車削編程工藝:平左端面→平右端面至128 mm→夾持左端毛坯φ50 伸出80 mm→粗車外圓φ45×75 mm→粗車外圓φ38×56 mm→切槽φ28→粗車圓錐螺紋表面→設(shè)置精車速度和進給速度→精車圓錐螺紋表面→精車外圓柱面φ38×56 mm→精車外圓柱面φ45×75→車削圓錐螺紋。

件1 左端車削編程工藝:用開口套夾持右端φ38×56 mm→粗車帶圓角外錐度面→粗車M28×2圓柱螺紋表面→粗車φ24 圓柱面→粗車R12 的半圓弧面→設(shè)置精車速度和進給速度→精車R12 的半圓弧面→精車φ24 圓柱面→精車M28×2 圓柱螺紋表面→精車帶圓角外圓錐面→切槽→車外螺紋M28×2。

件2 右端車削編程工藝:平左端面→平右端面至50 mm→夾持左端毛坯φ50 伸出30 mm→車外圓φ45→鉆孔→鏜孔至φ34→車帶圓角的內(nèi)圓錐面。

件2 左端車削編程工藝:夾持左端毛坯φ50 伸出30 mm→車外圓φ45→鏜孔至φ30→車內(nèi)錐度螺紋面→車內(nèi)圓錐螺紋。

1.2 裝夾方式選擇

為保證已車削工件外圓表面不被夾壞,件2 又屬于薄壁零件,所以為防止變形,需要增大接觸面積,使夾緊力均勻地分布在零件上,可以采用三爪自定心軟卡爪或開口套進行裝夾。此零件生產(chǎn)類型是單件生產(chǎn),所以選用自制開口套進行裝夾,如圖2 所示,這樣就解決工件的裝夾問題。

圖2 開口套

件1 車削時采用三爪自定心卡盤進行裝夾,車削左端時用開口套夾右端φ38 外圓柱面。件2 先采用一次性裝夾,先進行鏜孔至φ34,再車削帶圓弧的內(nèi)錐度面,掉頭用開口套夾持φ45 的外表面,鏜孔至φ30,車圓錐螺紋面,最后車內(nèi)圓錐螺紋。

2 刀具類型確定

切削用量包括切削深度ap、主軸轉(zhuǎn)速n和進給速度f。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度,充分澆注切削液和發(fā)揮刀具切削性能,保證刀具壽命,發(fā)揮機床的最大性能,提高生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,此次加工所選刀具表如表1 所示。數(shù)控車床加工的零件屬于中等復(fù)雜類型且精度高,零件實際加工時需要根據(jù)加工結(jié)果隨時進行調(diào)整,所以需用機床的操作面板上各種倍率開關(guān)隨時進行調(diào)整,實現(xiàn)切削用量合理配置,達到所需的表面要求。

表1 數(shù)控加工刀具表

3 關(guān)鍵技術(shù)及加工效果

3.1 零件車削關(guān)鍵技術(shù)

此零件車削的關(guān)鍵技術(shù)是左端帶圓角的錐度和右端的圓錐螺紋都需要配合,錐度面通常情況下用涂色法進行檢驗,達到70%以上的貼合面就合格。車削內(nèi)圓錐螺紋時內(nèi)孔直徑會縮小,所以車削內(nèi)圓錐螺紋前的孔徑要比內(nèi)圓錐螺紋小徑略大些,圓錐螺紋是以大端直徑為準,所以公稱直徑就是大端直徑,可采用下列近似公式計算:

圓錐螺紋大端直徑:

塑性金屬內(nèi)錐度螺紋底孔計算公式:

D底≈D公-P

內(nèi)圓錐螺紋牙深計算公式(直徑值):

ap≈2×(0.5×P)+0.1

因內(nèi)螺紋刀桿強度差,所以背吃刀量依次遞減且比外螺紋要更小,不然很容易打刀。根據(jù)上面公式ap≈2×(0.5×P)+0.1 可以算出內(nèi)螺紋加工深度為2.1 mm,吃刀深度依次為1 mm、0.5 mm、0.4 mm、0.1 mm、0.05 mm、0.05 mm、0 mm。

圓錐螺紋編程時用螺紋車削單一循環(huán)指令G92完成,車削圓錐螺紋與圓柱螺紋的區(qū)別就是要注意螺紋錐度值R 取值,其值為圓錐螺紋切削起點與切削終點的半徑之差,如切削起點的X向坐標小于終點的X向坐標,R 值為負,反之為正。

3.2 零件加工效果

圖3 為雙配合零件加工效果圖。選擇合理的數(shù)控車削工藝,合理的刀具切削參數(shù),用自制開口套裝夾,增大接觸面積,減少工件變形。車削圓錐螺紋時注意關(guān)鍵技術(shù)要點,車削過程中以軸為基準,拿軸多去檢驗內(nèi)圓錐螺紋車削結(jié)果,最終達到要求。

圖3 雙配合零件最終加工圖

4 結(jié)束語

本研究主要通過雙配合零件工藝分析,設(shè)計合理的車削加工工藝和裝夾方法、選擇合理的刀具切削參數(shù),能有效解決配合件加工中出現(xiàn)的問題。自制開口套能有效的增加零件裝夾接觸面積,減少零件車削變形,保證零件加工精度和表面粗糙度,從而達到圖樣設(shè)計要求,為同類配合件的車削加工提供借鑒和參考。