組合機(jī)床的刀具設(shè)計(jì)

于明龍　袁玉磊

摘要：組合機(jī)床以特定的加工內(nèi)容為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)制造，專用化程度高，生產(chǎn)率高，但柔性化條件不好。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的三軸孔精加工工序是機(jī)體制造中的關(guān)鍵工序，機(jī)體的凸輪軸孔加工精度要求高。本文按照組合機(jī)床的一般設(shè)計(jì)規(guī)律，對(duì)機(jī)體的加工工序進(jìn)行分析，擬定刀具方案。實(shí)現(xiàn)了高效加工凸輪軸的目的。

關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；凸輪軸；

1刀具方案設(shè)計(jì)

1.1刀桿與主軸的聯(lián)接

在組合機(jī)床上，刀桿與主軸有兩種聯(lián)接方式：一種是剛性聯(lián)接，另一種是浮動(dòng)聯(lián)接。剛性聯(lián)接，顧名思義就是刀桿和主軸固聯(lián)在一起，刀桿可看作是主軸的一部分。刀桿剛性好，允許的切削速度較高，加工效率高；而且不需要另設(shè)導(dǎo)向裝置，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有刀桿與導(dǎo)套摩擦造成的磨損，刀桿壽命較長(zhǎng)，并且可以減小整個(gè)機(jī)床輪廓尺寸。浮動(dòng)聯(lián)接就是主軸與刀桿聯(lián)接后，刀桿相對(duì)于主軸不完全固定，有一定的浮動(dòng)量。根據(jù)浮動(dòng)量的大小，又可分為小浮動(dòng)聯(lián)接（浮動(dòng)量約0.15/1000mm）和大浮動(dòng)聯(lián)接（浮動(dòng)量約5/1000mm）。

1.2凸輪軸孔系的刀具方案設(shè)計(jì)

（1）凸輪軸孔系刀具的加工內(nèi)容

凸輪軸孔系刀具加工內(nèi)容相對(duì)較少，僅完成凸輪軸孔的半精、精加工。

（2）凸輪軸孔系刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及動(dòng)作循環(huán)

凸輪軸孔系刀具結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，刀具由前刀桿、“內(nèi)滾式”導(dǎo)向滑動(dòng)套、后刀桿、ABS連軸系統(tǒng)組成。ABS連軸系統(tǒng)將前、后刀桿與“內(nèi)滾式”導(dǎo)向滑動(dòng)套連接起來(lái)，形成鏜桿。

（3）凸輪軸孔系刀具的關(guān)鍵技術(shù)

如圖1.2所示，ABS連軸系統(tǒng)有1軸端，2外圓錐螺釘，3滑銷，4內(nèi)圓錐螺釘，5刀端，6圓銷組成。軸端端面帶有一個(gè)配合孔且有一個(gè)徑向螺紋孔與之垂直，軸端端面另帶一個(gè)圓銷孔。刀端有一個(gè)帶徑向孔的榫子，環(huán)面帶有一個(gè)圓銷孔。滑銷一端為內(nèi)圓錐另一端為外圓錐，分別與外圓錐螺釘、內(nèi)圓錐螺釘相配。工作原理：調(diào)節(jié)螺釘1和4使滑銷3的內(nèi)外圓錐被頂緊，在兩個(gè)圓錐接合處各產(chǎn)生一個(gè)法向力F1和F2，將兩力沿軸向、徑向分解。Fy1和Fy2大小相等，方向相反，互相抵消。Fx1和Fx2使刀端與軸端緊固。在ABS系統(tǒng)中，軸端和刀端大面積的連接，使它能傳遞大力矩。在大切削力的負(fù)荷下，兩部分之間產(chǎn)生輕微的扭轉(zhuǎn)，緊固零件之間的接觸面積也會(huì)因此導(dǎo)致張力擴(kuò)增（可增50%），從而提高了刀具的剛度。其次當(dāng)作用力突然發(fā)生巨大變化時(shí)，兩部分之間產(chǎn)生輕微的扭轉(zhuǎn)能產(chǎn)生阻尼作用，從而保護(hù)刀具聯(lián)軸器，主軸和驅(qū)動(dòng)裝置不受損壞。

2鏜桿受力分析

2.1鏜桿受力一般分析

（1）鏜刀受力模型

鏜孔的最終加工尺寸由精加工的拉鏜工序來(lái)保證，故以凸輪軸孔拉鏜時(shí)受力狀態(tài)為研究對(duì)象。鏜刀在切削時(shí)受軸向力Fx、徑向力Fv、切向力Fz三個(gè)力的作用。軸向力Fx相對(duì)于其他兩個(gè)力數(shù)值較小，對(duì)鏜桿的變形影響可以忽略。本文著重討論徑向力Fy，和切向力Fz對(duì)鏜桿變形的影響。將兩個(gè)力等效到鏜桿的中心。Mz，是Fz對(duì)鏜桿的扭距，對(duì)鏜桿彎曲變形沒有影響，只使鏜桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)，故在鏜桿彎曲變形討論中可以忽略。為方便分析將徑向力Fv和切向力Fz合成為一個(gè)合力F1。

（2）切削力的計(jì)算

式中t為切深（工序余量），s為進(jìn)給量，HB為布氏硬度。

（3）桿受力模型

由圖1.1凸輪軸孔刀具及簡(jiǎn)化力學(xué)模型所示。固定鉸支座A為主軸端后模架，可動(dòng)鉸支座B為中間支撐，可動(dòng)鉸支座C為前模架。拉鏜采用了錯(cuò)刀鏜的方式。本模型以五把刀加工狀態(tài)為對(duì)象，F(xiàn)1為徑向力Fx和切向力Fz合力；FA為支座A的垂直反力，F(xiàn)AX為水平反力（對(duì)變形沒有影響，可不做計(jì)算）；FB為支座B的垂直反力；Fc為支座c的垂直反力。

鏜桿力學(xué)模型為雙跨梁，是一次靜不定梁，選取可動(dòng)鉸支座B為“多余約束”，并以多余未知反力B代替，靜定基為簡(jiǎn)支梁。F1作用在1處、2處和3處時(shí)在B點(diǎn)處產(chǎn)生的撓度方程為：

在1處a=185，b=1115，x=750得v1=-0.00489mm；在2處a=369.5，b=930.5，x=750得v2=-0.009mm；在3處a=519.5，b=780.5，x=750得V3=-0.0113mm：

F1作用在4處和5處時(shí)在B點(diǎn)處產(chǎn)生的撓度方程為：

在4處b=480，x=750得v4=-0.01146mm；在5處b=330.5，x=750得v5=-0.00896mm：B點(diǎn)的變形與這5個(gè)點(diǎn)的總和為零，得到Vb=0.0456mm；進(jìn)而求出FB=101.4N；FA=31.5N；Fc=0.1N。

結(jié)論

本文按照組合機(jī)床的一般設(shè)計(jì)規(guī)律，對(duì)機(jī)體的加工工序進(jìn)行分析，擬定刀具方案。對(duì)凸輪軸孔鏜桿在加工中的受力狀態(tài)，應(yīng)用一般靜力分析方法進(jìn)行分析。在設(shè)計(jì)中，突出工程技術(shù)方法的應(yīng)用。如ABS接頭在刀具連接上的應(yīng)用。經(jīng)用戶廠使用驗(yàn)證完全達(dá)到機(jī)體加工精度的要求，并滿足生產(chǎn)率要求。