橢圓軸裝配零件工藝設(shè)計(jì)與加工

楊旭，顏浩

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橢圓軸裝配零件工藝設(shè)計(jì)與加工

楊旭，顏浩

（成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611731）

橢圓軸裝配零件是數(shù)控車(chē)床常見(jiàn)的車(chē)削對(duì)象，此零件主要技術(shù)難度在于內(nèi)外軸及螺紋配合和局部橢圓面車(chē)削加工，為解決內(nèi)外螺紋配合要求、橢圓面車(chē)削，對(duì)零件進(jìn)行合理加工工藝設(shè)計(jì)、確定裝夾方案、選擇刀具和切削用量，從而加工出合格零件，保證零件加工尺寸和質(zhì)量，達(dá)到圖樣設(shè)計(jì)要求。

橢圓軸；配合零件；工藝設(shè)計(jì)

數(shù)控車(chē)床技能競(jìng)賽、高級(jí)工及以上實(shí)際操作考核項(xiàng)目大都以組合零件進(jìn)行鑒定考核，主要考核學(xué)員對(duì)零件加工工藝設(shè)計(jì)、加工參數(shù)和刀具的選擇與加工精度控制[1]。軸類(lèi)組合零件也是數(shù)控車(chē)床生產(chǎn)中常見(jiàn)的加工對(duì)象，為了提高效率、保證加工質(zhì)量，需要設(shè)計(jì)合理的加工工藝、裝夾方案、優(yōu)化走刀路線及切削用量。研究工藝與夾具設(shè)計(jì)，保證高效加工，具有實(shí)際意義[2]。組合零件還包括薄壁套零件，加工容易變形，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率低[3-4]。為使零件很好的配合，需把尺寸精確控制在公差范圍內(nèi)，達(dá)到圖樣設(shè)計(jì)要求。

數(shù)控機(jī)床是為了解決復(fù)雜、精密、小批多變零件加工的自動(dòng)化要求而產(chǎn)生，它可以完成像橢圓、雙曲線、拋物線等規(guī)則形曲面無(wú)法通用機(jī)床加工或難保證加工質(zhì)量的部分[5]。

1 零件工藝分析設(shè)計(jì)及裝夾方式選擇

1.1 零件工藝分析

如圖1所示三件套組合零件，表面的形狀由內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外錐度面、槽、內(nèi)外螺紋和橢圓組成，材料為45鋼，毛坯為55 mm×240 mm棒料。零件形狀相對(duì)復(fù)雜精度高，在通用機(jī)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3.2 μm。因公差值較小編程時(shí)不好處理，即取基本尺寸進(jìn)行編程，尺寸標(biāo)注完整，符合數(shù)控加工。根據(jù)實(shí)際情況，選擇配備Siemens 801數(shù)控系統(tǒng)的CK6140臥式車(chē)床進(jìn)行零件加工。按照基軸制的原則，先加工件1、再加工件2和件3。

圖1 三件組合零件圖

件1左端加工：平端面→鉆中心孔→夾右端橢圓部分支出100 mm→車(chē)削外圓48×85 mm，留0.5 mm余量→車(chē)削外圓40×65 mm，留0.5 mm余量→車(chē)削外圓32×50 mm，留0.5 mm余量→M31×1.5外圓→設(shè)置精車(chē)速度→倒角C1.5→精車(chē)外圓M31×1.5→精車(chē)外圓32×50 mm→倒角C1→精車(chē)外圓40×65 mm→精車(chē)48×85 mm的外圓→切槽5×2 mm→車(chē)外螺紋M31×1.5。

件1右端加工：平端面，控制總長(zhǎng)度140 mm→夾持32表面→車(chē)削外圓40×60 mm→倒角C1→換用30°偏刀→車(chē)削橢圓。

件2加工：平右端面→鉆孔→車(chē)臺(tái)階內(nèi)孔→車(chē)外圓48→切斷→夾48外圓→平左端面→車(chē)內(nèi)錐度。

件3加工：平右端面→鉆孔→車(chē)臺(tái)階內(nèi)孔→車(chē)外圓48→車(chē)外錐度→切斷→夾48外圓→平左端面→倒角C1、C1.5→車(chē)內(nèi)螺紋。

1.2 裝夾方式選擇

件1車(chē)削時(shí)采用三爪自定心卡盤(pán)一夾一頂方式裝夾。件2先采用一次性裝夾把能車(chē)削的表面車(chē)削完，再用開(kāi)口套夾48外圓車(chē)內(nèi)錐度。件3采用一次性裝夾把能車(chē)削的表面車(chē)削完，再用開(kāi)口套夾48外圓車(chē)內(nèi)螺紋。為保證已車(chē)工件外圓表面不被夾壞，且件2、件3都屬于薄壁零件，所以為了防止變形，需要增加接觸面積，使用自制開(kāi)口套進(jìn)行裝夾，如圖2所示。

圖2 開(kāi)口套

2 刀具及切削用量確定

切削用量包括切削深度a、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。結(jié)合零件實(shí)際加工情況利用數(shù)控車(chē)床的操作面板上各種倍率開(kāi)關(guān)隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)切削用量合理配置。如表1所示。

3 零件加工關(guān)鍵技術(shù)及效果

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

車(chē)削三角形內(nèi)螺紋時(shí)內(nèi)孔直徑會(huì)縮小，所以車(chē)削內(nèi)螺紋前的孔徑要比內(nèi)螺紋小徑略大些，可采用下列近似公式計(jì)算：

塑性金屬內(nèi)螺紋底孔計(jì)算公式：

內(nèi)螺紋牙深（直徑值）計(jì)算公式：

內(nèi)螺紋零件采用手工編程加工比自動(dòng)編程生成的程序要簡(jiǎn)單的多[6]。因?yàn)閮?nèi)螺紋刀桿強(qiáng)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)公式可以算出內(nèi)螺紋加工深度為1.6 mm，吃刀深度依次為1 mm、0.4 mm、0.1 mm、0.05 mm、0.05 mm、0 mm。

橢圓表達(dá)有兩種方式，即：

因圖上橢圓只有長(zhǎng)半軸和短半軸，所以用標(biāo)準(zhǔn)方程進(jìn)行編程。此方程為平面的方程，轉(zhuǎn)變成平面的方程和表達(dá)式分別為：

表1 數(shù)控加工刀具表

采用宏程序進(jìn)行橢圓編程，車(chē)削出局部橢圓[7]，橢圓余量采用同心圓思路進(jìn)行切除，而不是一次性切除，降低刀具背吃刀量。走刀路線如圖3所示。

采用宏程序進(jìn)行橢圓編程加工，程序段少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、通用性強(qiáng)、易修改且邏輯性強(qiáng)。為加工制造不同規(guī)制曲線提供可靠的技術(shù)支持。不同橢圓的加工只需在程序中改變基本參數(shù)即可完成。

圖3 走刀路線設(shè)計(jì)

3.2 零件加工結(jié)果

圖4為橢圓軸三件組合零件實(shí)物圖。選擇合理的工藝，采用開(kāi)口套裝夾，減少工件變形小，表面質(zhì)量無(wú)振動(dòng)。通過(guò)檢測(cè)零件全部尺寸達(dá)到圖樣尺寸和技術(shù)要求。

圖4 橢圓軸三件組合零件圖

[1]劉軍. 數(shù)控車(chē)削深溝槽零件工藝設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J]. 機(jī)床與液壓，2015，43（2）：42-43.

[2]吳霞，周太平. 數(shù)控加工中的工藝與夾具設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探討[J].煤礦機(jī)械，2010，31（2）：96-98.

[3]商濤，曾熹. 薄壁套加工夾具的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]. 機(jī)械工程師，2015（12）：279-280.

[4]肖利，孫朝海. 薄壁零件的車(chē)削加工技術(shù)研究[J]. 機(jī)床與液壓，2014，42（16）：27-30.

[5]王娟平. 回轉(zhuǎn)體零件的數(shù)控加工工藝性分析[J]. 機(jī)床與液壓，2011，39（22）：3，49-50.

[6]于世忠. 內(nèi)螺紋零件數(shù)控手工編程加工實(shí)例分析[J]. 科協(xié)論壇（下半月），2013（12）：65-66.

[7]楊旭. 華中數(shù)控銑/加工中心宏程序編程實(shí)例[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

Process Design and Machining of Elliptical Shaft Assembly Parts

YANG Xu，YAN Hao

( Industry and Trade Technical College of Chengdu, Chengdu 611731 , China )

The elliptical shaft assembly parts is a common turning object of CNC lathe.The main technical difficulty of this part is turning on the internal and external shaft, the thread matching and the local ellipse surface. In order to meet the requirements of the internal and external thread matching, the ellipse turning is made. The reasonable machining process design, the clamping scheme, the selection of tools and cutting parameters, so as to process qualified parts, guarantee the size and quality of parts processing, and meet the requirements of drawing design.

elliptical shaft；composite parts；process design

TG519.1

B

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.03.019

1006－0316 (2018) 03－0075－03

2017－09－01

楊旭（1985－），男，四川遂寧人，本科，講師、高級(jí)銑工、高級(jí)數(shù)控銑工，主要研究方向機(jī)械制造及數(shù)控編程加工。