圓筒式偏心類零件加工機構(gòu)設(shè)計

中國有色（沈陽）冶金機械有限公司 （遼寧 110141） 劉紅楓

新型圓筒式偏心類零件加工機構(gòu)，主要是應(yīng)用在普通臥式車床設(shè)備上，通過增加自行設(shè)計開發(fā)新型圓筒偏心類零件加工機構(gòu)，將該機構(gòu)與機床導(dǎo)軌穩(wěn)定安裝形成一體，利用托輥支撐傳動裝置將被加工圓筒類零件裝夾在機床自身的夾盤裝置中，圓筒零件懸臂部分放置在托輥支撐傳動裝置上，托輥將偏心零件定位支撐，并與零件形成相對旋轉(zhuǎn)，使圓筒類零件與機床夾盤同步旋轉(zhuǎn)；深孔加工刀具裝夾在臥式車床的刀架上，作為切削刀具，采用加長刀桿在機床上走復(fù)合錐度，實現(xiàn)偏心內(nèi)孔的加工；采用在錐套另一端設(shè)計頂盤，偏心頂盤一端與加工完成的偏心孔內(nèi)緊密配合，另一端與機床尾座的頂尖配合，實現(xiàn)圓筒偏心類零件的外圓加工。

該圓筒偏心類零件加工機構(gòu)具有效率高、運行可靠和制造成本低等諸多優(yōu)點，有利于節(jié)約能源和環(huán)境保護，市場前景非常廣闊，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于我公司各種國內(nèi)大型礦山產(chǎn)品圓筒偏心類零件的加工中。采用該機構(gòu)加工的產(chǎn)品，設(shè)計技術(shù)和制造水平完全達到國內(nèi)外同類產(chǎn)品加工水平，各項技術(shù)指標(biāo)完全滿足產(chǎn)品需要：①實現(xiàn)了普通臥式車床圓筒偏心類零件加工。②解決了過去由于刀桿剛性不足導(dǎo)致的切削過程中的讓刀現(xiàn)象。③提高了偏心內(nèi)孔面的加工精度，降低了生產(chǎn)成本，縮短了加工周期。為今后在普通設(shè)備上進行圓筒式偏心類零件自主加工奠定了基礎(chǔ)，提供了技術(shù)保障。

圖1為新型圓筒式偏心類零件加工機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

1.深孔加工刀具的設(shè)計

圖1

通常情況下，深孔加工多采用在鉆床上或鏜床上通過鉆鉸及鏜削加工完成，但該加工方法只能加工直孔，對于偏心錐孔加工無法實現(xiàn)；在普通臥車上加工也只能采用設(shè)計加長刀桿方式進行加工，但由于刀桿過長在切削過程中產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，所以沒有專用工裝治具做保障，加工難度很大，加工精度及加工效率很低。圖2為圓筒類偏心套內(nèi)孔新型加工結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖2可知，該偏心套錐孔大、小頭直徑分別為：350mm和246mm；長度為2500mm，為滿足刀具在錐孔內(nèi)既承受工件高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切削力，又能在床身上縱向行走、橫向進給走復(fù)合錐度加工錐面的加工要求，在設(shè)計上刀具的剛度、裝夾方式及刀頭回轉(zhuǎn)直徑的確定，是保證刀具有效切削的關(guān)鍵。

圖2

2.細(xì)長刀體設(shè)計

細(xì)長軸是工件的長度與直徑之比大于25（即L/D＞25）的軸類零件。本設(shè)計中由于刀桿長度L=3200mm與刀桿回轉(zhuǎn)直徑D=150mm之比為21.3，接近加工細(xì)長軸之比25，刀具加工過程屬于懸臂加工，刀具不僅要在強力、高溫和劇烈摩擦條件下工作，還要承受沖擊振動，因此刀具在切削過程中在切削力、重力、切削速度等因素作用下，必然會在重力的作用下產(chǎn)生自重下垂、振動，零件表面質(zhì)量難以保證；為提高錐孔表面加工質(zhì)量及刀具剛性，在刀具設(shè)計時，必須遵循以下原則：

（1）高硬度：刀具材料的硬度≥2.5倍工件硬度。

（2）足夠的強度和韌性：承受切削力和切削時產(chǎn)生的振動，防脆性斷裂和崩刃。

（3）高耐熱性：在高溫下仍能保持硬度、強度、韌性。由于偏心套材質(zhì)為ZG270－500，硬度要求為179!217HBW，根據(jù)上述設(shè)計原則要求，在刀具設(shè)計上刀頭部分的材質(zhì)我們選擇了高速鋼W18Cr4V，其硬度要求為：63!66HRC，（HBW=1/10HRC），滿足刀具材料的硬度≥2.5倍工件硬度的設(shè)計要求；刀體部分材質(zhì)選用了45鋼，217!255HBW，這種狀態(tài)下的45鋼強度、韌性及抗沖擊性狀態(tài)最佳。

（4）在錐孔加工允許空間內(nèi)，將刀具設(shè)計成分體接桿式結(jié)構(gòu)，即：將刀桿設(shè)計成整體結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)直徑為150mm；刀柄與機床刀架緊固部分設(shè)計成方柄形式，增加刀桿與刀架的接觸面積，刀桿與刀架用高強度螺栓鎖緊的把合方式，提高了刀桿的剛性；刀桿與刀頭銜接部分設(shè)計螺紋聯(lián)接方式，將刀頭通過螺紋旋和與刀桿形成一體，旋和長度為整個刀頭部分尺寸的2/3倍，滿足了剛性最佳的黃金設(shè)計比例，同時方便了切削過程中刀頭磨損更換，提高了加工效率。圖3為偏心套錐孔加工刀具結(jié)構(gòu)示意圖。

3.托輥支撐裝置的設(shè)計

設(shè)計偏心套錐孔加工專用V形托輥支撐傳動裝置，該裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3

圖4

關(guān)鍵技術(shù)：

（1）必須確保被加工零件的回轉(zhuǎn)中心與機床回轉(zhuǎn)中心重合。

（2）必須保證被加工零件的回轉(zhuǎn)半徑＜機床中心高。

（3）在跨距O2O3≥2/3零件直徑（φ820mm）前提下（符合設(shè)計中的黃金比例分割，這樣的結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定），確定兩個托輥支撐點與零件回轉(zhuǎn)中心的夾角α，是保證零件與托輥穩(wěn)定轉(zhuǎn)動的前提。

經(jīng)過計算，最終確定了支撐穩(wěn)定、傳動平穩(wěn)的最佳三角形夾角α=85°，采用該套自行研發(fā)設(shè)計的加工裝置在圓筒類零件偏心孔加工應(yīng)用中取得了良好的效果。

4.定位頂盤的設(shè)計

偏心錐孔加工完成后，采用何種方式加工外圓，關(guān)鍵是頂盤偏心的確定。常規(guī)情況下，頂盤的回轉(zhuǎn)中心與機床尾座的頂尖在一個回轉(zhuǎn)中心上，但由于偏心套存在偏心，頂盤在設(shè)計時，頂盤的中心與機床尾座的頂尖回轉(zhuǎn)中心不重合。根據(jù)圖樣偏心要求，我們通過計算確定了頂盤回轉(zhuǎn)偏心，實現(xiàn)了偏心套外圓的加工。