小錐度深孔在普通車床上的加工

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1、摘要錐度深孔的加工是普通車床車削加工中的一個(gè)難題。文中分析比較了傳統(tǒng)加工中存在的問題，通過設(shè)計(jì)帶配重的圓錐刀桿，選擇合理的刀具幾何參數(shù)及切削用量，探索出在普通車床上加工錐度深孔的經(jīng)濟(jì)加工方法，使切削振動(dòng)減小，加工成本降低，產(chǎn)品質(zhì)量到達(dá)要求，為生產(chǎn)解決了加工關(guān)鍵問題。關(guān)鍵詞：小錐度深孔，刀具幾何參數(shù)，切削參數(shù)，配重圓錐刀桿一、概述在普通車床上加工錐度深孔的常用方法有以下三種：調(diào)整小刀架的角度，轉(zhuǎn)動(dòng)小刀架手輪，手動(dòng)縱向進(jìn)給；拆掉橫刀架的橫向進(jìn)給絲桿，裝車錐度的專用靠模；在車床上安裝一套專用工裝。第一種方法：進(jìn)給行程只有150mm，會(huì)使長錐孔表而留下接刀痕跡，零件表面粗糙度不

2、均勻，加工效率低。第二種方法拆卸、安裝、凋整時(shí)間長，且靠模長度要大于零件錐孔的長度。第三種方法適合大批量生產(chǎn)。某廠有一批300多件錠模鋼管，材料為45鋼熱軋鋼管，零件如圖1所示。該產(chǎn)品加工難點(diǎn)：長錐孔加工，零件長度與孔徑比等于10，刀桿細(xì)長，削振動(dòng)大，表面粗糙度難以保證。本文主要研究如何用普通車床加工此工件，達(dá)到質(zhì)量要求并降低加工成本。圖1、零件圖二、根據(jù)車床加工錐度的原理設(shè)計(jì)加工方案（1）車床加工錐度原理：一般工件直接裝夾在主軸的卡盤上，工件的旋轉(zhuǎn)軸線和主軸同軸。如果工件的旋轉(zhuǎn)軸線和刀具進(jìn)給方向存在夾角，工件旋轉(zhuǎn)、刀具直線進(jìn)給時(shí)，即可加工出錐度，該夾角即為錐度半角。（

3、2）計(jì)算錠模鋼管要求的錐角只有59’25”。為了研究加工這樣小錐角工件能否不要工裝，我們選一臺(tái)剛性好的加長C620車床做試驗(yàn)。在主軸孔中插入檢驗(yàn)捧，拔出床頭箱的兩個(gè)定位銷，擰松緊固螺釘，將床頭箱繞其中點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，主軸軸線最大轉(zhuǎn)動(dòng)可達(dá)l°30′，這說明用轉(zhuǎn)動(dòng)床頭箱的方法可加工錐角3°以下的錐孔。選用500mm長帶錐柄的圓柱形檢驗(yàn)棒插入主軸孔內(nèi)，取其490mm一段，通過主軸軸線應(yīng)轉(zhuǎn)過的錐度半角a計(jì)算該段兩端的差值，設(shè)差值為y，則：。用百分表測(cè)量檢驗(yàn)棒該段的兩端點(diǎn)，緩慢地旋轉(zhuǎn)床頭箱，使百分表在兩端點(diǎn)的差值為4.235mm。當(dāng)百分表讀數(shù)誤差為0.01mm時(shí)，零件錐

4、孔兩端直徑相差0.033mm。擰緊緊固螺釘，再復(fù)檢y值，確保錐度的準(zhǔn)確性。加工時(shí)用三爪卡盤夾緊零件的一端，零件的另一端用中心架托住。刀桿固定在中拖板上，即可使用自動(dòng)走刀加工錐孔。三、刀桿設(shè)計(jì)的試驗(yàn)深孔加工由于刀桿細(xì)長，剛性很差，切削振動(dòng)大，容易發(fā)生讓刀、扎刀，使加工難以進(jìn)行。刀桿的振動(dòng)是要解決的關(guān)鍵問題。在車床加工中有強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)，前者主要是外力所致，后者因在切削過程中產(chǎn)生的交變力，激勵(lì)工藝系統(tǒng)，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生位移，再反饋給切削過程，形成自激振蕩，維持振動(dòng)的能量米源于機(jī)床的能量。刀桿有質(zhì)量和彈性，也可用無限自由度的懸臂梁表示，其固有頻率可用靜剛度和重量比來描述，靜剛

5、度用下式表示：K=3EI/L3式中，K：靜剛度，E：材料的彈性模量；L：懸臂的長度；J：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。刀桿的振幅A與切削力F和靜剛度K的關(guān)系以A=F/A表示，剛度越大切削過程越穩(wěn)定，固有頻率越高振動(dòng)越小。切削加工系統(tǒng)中產(chǎn)生振動(dòng)的因素很多，即使選擇了最合適的刀桿還是不能抑制由其它振動(dòng)系統(tǒng)引起的振動(dòng)。最簡易的方法就是試驗(yàn)法，根據(jù)上述的振動(dòng)原理以及設(shè)備的具體狀況進(jìn)行試驗(yàn)，找出最佳的方案。為此，需對(duì)刀桿進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)刀具幾何參數(shù)及切削用量進(jìn)行合理選擇。3.1刀桿的材料選擇使用彈性模量較大的45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理HB217—255，使刀桿回復(fù)彈性變形的能力加強(qiáng)。3.2刀桿設(shè)計(jì)固有頻率可用

6、靜剛度和重量比表示，應(yīng)盡可能減小懸臂端的有效重量，將前刀桿制作成圓錐形，使原來圓柱形36.5kg減至27.6kg，圓錐形的結(jié)構(gòu)使刀桿具有較高的動(dòng)、靜剛度。對(duì)于刀桿后端部C，一般取之為零，而這樣前刀桿因自重產(chǎn)生撓度，在靜態(tài)的情況下就存在著不平衡。又采取了增設(shè)后刀桿C部且重量與刀桿前部等重的設(shè)計(jì)，如圖2。圖2刀桿3.3裝刀槽的設(shè)計(jì)裝刀槽有兩種形式，在刀桿端部開槽或距端部約20mm處開一個(gè)方孔，前者可提高刀具和刀桿的連接剛度，并能減小刀桿長度，增加前刀桿靜剛度。所以裝刀槽設(shè)計(jì)為在刀桿端部開槽，槽上方用2個(gè)螺栓在車刀正面上定位。裝刀槽的位置如圖2所示，使刀具安裝后，刀尖略高于工

7、件軸心線。但當(dāng)?shù)都飧哂谳S心線0.1mm時(shí)，就可能引起車削振動(dòng)及在加工表面上產(chǎn)生雙曲線誤差。3.4刀桿與車床的連接長刀桿的裝夾通常是利用刀桿夾持器連接，現(xiàn)改用在圓柱形刀桿上銑削一個(gè)200*50mm長的底平面，拆除小滑板和尾座，在中拖板上加一個(gè)使刀桿軸線與主軸軸線等高的墊鐵，用4個(gè)螺栓將刀桿和墊鐵直接固定中拖板的圓槽內(nèi)，減少一個(gè)振動(dòng)環(huán)節(jié)，提高了刀桿與車床連接的剛度。3.5切削試驗(yàn)（1）工件一端用三爪自動(dòng)定心卡盤夾住，另一端裝上錐堵，用頂尖頂起，在距卡盤一端50mm處，加工一段40mm長的外圓，見光即可。調(diào)頭裝夾，在已加工的外圓處用中心架托起。