數(shù)控車床超長鏜桿的加工工藝分析

摘要：針對數(shù)控車床用于深孔加工的超長鏜桿，結(jié)合其結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求，分析了其加工過程及加工難點(diǎn)，對鏜桿進(jìn)行預(yù)變形加工，可保證其精度，以滿足深孔零件加工的精度要求。

關(guān)鍵詞：鏜桿;預(yù)變形;加工精度

0 引言

在數(shù)控車床上安裝鏜孔裝置，可以對深孔類零件直接進(jìn)行加工，減少裝夾次數(shù)，降低裝夾誤差，提高工件加工精度和工作效率。因此，保證鏜桿自身的加工精度就顯得尤為重要，其精度直接影響著加工零件的精度。在鏜桿生產(chǎn)加工過程中，通過對鏜桿進(jìn)行預(yù)變形加工，提高其精度，可以保證加工零件的精度，滿足產(chǎn)品性能要求。

1 鏜桿結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

某鏜桿的材質(zhì)為ZG270-500，由4段組成，每段4.2 m，總長16.8 m，其截面呈長方形結(jié)構(gòu)，鏜桿結(jié)構(gòu)如圖1所示，鏜桿截面如圖2所示。鏜桿的每段連接處由圓柱銷連接，與孔采取過盈配合方式。鏜桿每段之間采用焊接連接，焊接坡口為10°。

鏜桿技術(shù)要求：A、B基準(zhǔn)面要求直線度為0.02 mm/100 mm，全長直線度要求為0.1 mm，A、B基準(zhǔn)面要求垂直度為0.02 mm，相對面平行度為0.025 mm。鏜桿各配合圓柱孔要求圓柱度為0.02 mm，端面對A、B基準(zhǔn)面垂直度為0.05 mm。

2 鏜桿變形量分析

鏜桿長16.8 m，采用兩端支撐方式，前端設(shè)置有頂尖1，與主軸錐套配合頂緊，后端通過鏜桿箱體3支撐，有效長度為13.8 m，鏜桿支撐圖如圖3所示。

鏜桿在自然支撐狀態(tài)下因重力會產(chǎn)生撓度，具體計(jì)算如下：

根據(jù)鏜桿材質(zhì)ZG270-500，取彈性模量E=200 GPa（即200×105 N/cm2），質(zhì)量m=15 667.811 kg，則慣性矩：

I=（BH3/12）-（bh3/12）=（50×653÷12）-（37×523÷12）

≈710 729.5 cm4

式中：B為鏜桿外截面寬度（cm）;H為鏜桿外截面高度（cm）;b為鏜桿內(nèi)截面寬度（cm）;h為鏜桿內(nèi)截面高度（cm）。

均布線荷載：q=m/l=15 667.811×10÷1 380≈113.5 N/cm。

根據(jù)撓度計(jì)算公式，ymax=5ql4/（384EI）=5×113.5×1 3804÷（384×200×105×710 729.5）≈0.377 1 cm。

鏜桿的撓度易引起鏜孔時(shí)零件內(nèi)孔變形，因此，控制鏜桿撓度尤為重要，可通過改進(jìn)工藝方法，提高鏜桿的精度和剛性，以減小鏜桿撓度變形，保證鏜桿加工工件的精度。

3 鏜桿加工工藝分析

通過上述分析可知，鏜桿加工困難，加工過程中容易產(chǎn)生變形，加工精度難以保證。因此，對于超長鏜桿，需要改進(jìn)工藝方法，減小加工過程中應(yīng)力引起的變形，通過預(yù)變形加工以保證零件的精度要求。鏜桿具體加工工藝過程如下：

（1）分別粗銑各段4個(gè)平面，留量10 mm。（2）粗銑各端頭，粗鏜內(nèi)孔，留量10 mm。銑焊接坡口至圖紙尺寸。（3）時(shí)效處理。（4）以相同面為基準(zhǔn)，依次將各段鏜桿安裝在工作臺上，以A、B面互為基準(zhǔn)，銑各段基準(zhǔn)面，留精銑余量。加工完成后卸下工件，并按順序?qū)Ω鞫芜M(jìn)行編號。（5）以已加工基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)，精銑1和2號、3和4號對接端面使其達(dá)到技術(shù)要求，精鏜1和2號、3和4號對接內(nèi)孔使其達(dá)到技術(shù)要求。（6）按編號對各段進(jìn)行對接，采用冷凍法對連接圓柱銷進(jìn)行冷凍，保證間隙在0.1 mm以內(nèi)進(jìn)行安裝。安裝圓柱銷時(shí)，分別對接1號和2號鏜桿、3號和4號鏜桿，如圖4所示。（7）在工作平臺上進(jìn)行焊接，分別焊接1段和2段、3段和4段，要求焊縫平整、均勻，焊接可靠。（8）銑1段和2段、3段和4段基準(zhǔn)面，留精銑余量。精銑兩段對接端面使其達(dá)到技術(shù)要求，精鏜對接內(nèi)孔使其達(dá)技術(shù)要求。（9）對接1～2段和3～4段，使兩段鏜桿連接成整體，如圖5所示。（10）二次時(shí)效處理。（11）精銑鏜桿各面至圖紙尺寸，并符合技術(shù)要求。（12）精鏜鏜桿前端內(nèi)孔至圖紙尺寸，并符合技術(shù)要求。

4 鏜桿現(xiàn)場加工難點(diǎn)處理

在鏜桿加工過程中，難點(diǎn)一為圓柱銷的安裝，圓柱銷與孔配合為過盈配合H7/p6，過盈量為-0.004 -0.079，因此，在安裝過程中必須采用冷凍技術(shù)，將圓柱銷預(yù)先冷凍，保證間隙在0.1 mm以內(nèi)時(shí)再進(jìn)行安裝。本文第一次采用工業(yè)用冰箱進(jìn)行冷凍處理，放置48 h后，直徑縮小量為0.05 mm，經(jīng)測量達(dá)不到裝配間隙要求，后改為用液氮進(jìn)行冷卻，冷卻時(shí)間為35 min，直徑縮小量為0.25 mm，達(dá)到了裝配要求，裝配非常輕松。難點(diǎn)二為時(shí)效處理，通過時(shí)效消除加工殘余內(nèi)應(yīng)力，減小鏜桿變形量。本文第一次時(shí)效處理完成后進(jìn)行半精加工，半精加工留有5 mm量時(shí)，發(fā)現(xiàn)還有內(nèi)應(yīng)力變形，因此增加二次時(shí)效處理，以消除殘余內(nèi)應(yīng)力，時(shí)效處理回火必須保證溫度達(dá)550 ℃。難點(diǎn)三是各段鏜桿之間的對接必須按照加工標(biāo)記序號進(jìn)行找正，找正后在坡口處焊接，要求無焊接缺陷。

5 結(jié)語

超長鏜桿易產(chǎn)生撓度變形，通過預(yù)變形加工可以減小鏜桿的變形量，保證鏜桿的加工精度，為數(shù)控車床加工深孔類零件精度提供了保障，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多能，提高了數(shù)控車床的加工效率和加工精度，降低了數(shù)控車床的加工成本。

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收稿日期：2020-08-19

作者簡介：王兵琴（1985—），女，甘肅天水人，工程師，從事機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)工作。