一種具有深環(huán)形槽的零件加工工藝設(shè)計(jì)*

鮑東紅，宋 奇，孔昭雍

(陜西群力電工有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721300)

0 引 言

某電磁離合器主要應(yīng)用航空領(lǐng)域，是通過電磁力將齒輪吸動(dòng)或釋放，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳遞與斷開的部件。在設(shè)計(jì)時(shí)為最大限度減小磁阻，保證磁路暢通，將傳統(tǒng)的鐵芯與外殼設(shè)計(jì)為一體。這樣的設(shè)計(jì)給零件加工帶來了較大的困難，特別是深環(huán)形槽的加工。按照傳統(tǒng)的工藝，需用鏜孔刀將這個(gè)深環(huán)形槽加工，但由于環(huán)形槽窄且深，普通鏜刀根本無法加工；采用特種工藝進(jìn)行電穿加工，生產(chǎn)成本高，且效率低下，無法滿足批量生產(chǎn)。深環(huán)形槽加工成為該零件加工工藝方案設(shè)計(jì)的重要攻關(guān)環(huán)節(jié)。

筆者通過對零件工藝性分析，重點(diǎn)對深環(huán)形槽加工工藝進(jìn)行攻關(guān)。經(jīng)過思路擴(kuò)展，借鑒墻面上打水鉆工藝裝備，設(shè)計(jì)制造了專用刀具，有效解決了深環(huán)形槽的加工問題，對此類具有深環(huán)形槽的零件加工有一定的借鑒意義。

1 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析

此電磁離合器殼體如圖1所示。其主要功用，一方面作為主要結(jié)構(gòu)件，將電磁離合器的其余零部件安裝在其上；另一方面，作為磁路組成部分，為最大限度降低磁損耗，它將傳統(tǒng)的鐵芯與外殼兩個(gè)零件設(shè)計(jì)為一個(gè)整體。

根據(jù)殼體的功用和工作條件，其主要技術(shù)要求有：①零件上有一處環(huán)形槽，其大徑為φ13.6+0.1、小徑為φ6.4-0.05、深度為13.7+0.2。

圖1 殼體

2 深環(huán)形槽加工方案

通過前面零件工藝性分析，此零件的加工難點(diǎn)在深環(huán)形槽的加工。加工深環(huán)形槽的刀具首先要滿足具有一定強(qiáng)度的要求，而要采用鏜削加工方案，所用的鏜刀顯然無法滿足這一基本要求，因此鏜刀無法實(shí)現(xiàn)此環(huán)形槽加工。為此將環(huán)形槽看成一種特殊深孔，借鑒墻面上打水鉆的工藝裝備，設(shè)計(jì)制造了專用切削刀具，可同時(shí)加工環(huán)形槽的內(nèi)外徑。

2.1 專用刀具介紹

根據(jù)水鉆結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)制造了中間帶孔的專用刀具，其形狀尺寸如圖2。

圖2 專用刀具

在加工零件時(shí)刀具沿軸向進(jìn)給，刀具刃徑尺寸D成形環(huán)形槽φ13.6+0.1尺寸，刀具中心孔徑尺寸d成形環(huán)形槽φ6.4-0.05尺寸，其中心孔可將零件中心軸讓位出來，形成零件中間凸出形狀。

結(jié)合此零件尺寸形狀及實(shí)際使用情況，我們以五刃立銑刀為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。其刃徑尺寸D為φ13.68+0.02，中心孔徑尺寸d為φ6.35+0.02。刀具有五條橫刃和五條圓周螺旋刃，刀具端面橫刃為主切削刃，圓周螺旋切削刃為副切削刃。為保證刀具使用壽命，及加工零件符合圖紙要求，刀具螺旋角β選30°；主切削刃制作為平刃，即主偏角kr為90°，主刃前角γ0取0°～2°， 后角取7°～10°；副刃后角α0′取為5°～7°。

2.2 刀具安裝使用

(1) 將專用刀具安裝在萬能工具銑床上，對零件進(jìn)行加工。加工時(shí)，先將氣動(dòng)卡盤固定在機(jī)床臺面上，通過調(diào)整機(jī)床X、Y軸，使卡盤中心與機(jī)床Z軸中心對正，再將零件固定在卡盤上，機(jī)床Z軸2帶動(dòng)專用刀具旋轉(zhuǎn)，通過向上移動(dòng)工作臺實(shí)現(xiàn)Z軸的進(jìn)給，從而完成零件環(huán)形槽的加工。

利用專用刀具在萬能工具銑床上進(jìn)行環(huán)形槽加工，達(dá)到了預(yù)期目的，零件尺寸形狀滿足圖紙及工藝要求，但由于此零件環(huán)形槽深且窄，且需要垂直向上排屑，出現(xiàn)了排屑不暢問題，刀具磨損較快。

(2) 將此專用刀具安裝在數(shù)控車床上進(jìn)行加工，在加工過程中，零件隨機(jī)床主軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具隨刀架做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

安裝調(diào)試時(shí)，先將零件裝夾在數(shù)控車床上，夾持部位為零件搭子部分，機(jī)床采用彈簧夾頭夾持確保零件回轉(zhuǎn)中心與機(jī)床中心重合；再將專用刀具用鉆夾頭加持，然后安裝在刀架上；對刀時(shí)通過調(diào)整機(jī)床參數(shù)及微調(diào)刀具高低，使零件回轉(zhuǎn)軸線與刀具軸線重合。

由于零件和刀具的中心線與機(jī)床中心線重合，在加工過程中鐵屑隨零件旋轉(zhuǎn)，可水平旋轉(zhuǎn)出來，加之切削液的沖刷，更有利于鐵屑的及時(shí)排出；同時(shí)在機(jī)床程序設(shè)定時(shí)，設(shè)定刀具每進(jìn)給2 mm退刀一次，進(jìn)一步確保鐵屑的完全排出，加強(qiáng)刀具的冷卻，提高刀具壽命。

2.3 切削參數(shù)的確定

在機(jī)床切削參數(shù)設(shè)定時(shí)，由于采用的是改制的立銑刀具在數(shù)控車床上使用，因此可結(jié)合參考數(shù)控車床及銑床的相關(guān)加工參數(shù)。

首先通過查閱資料計(jì)算相關(guān)機(jī)床參數(shù)：

(1) 進(jìn)給量f查閱資料，采用高速鋼刀具鏜削純鐵,銑刀每齒進(jìn)給量fz=0.03～0.06 mm/z，fz按0.05 mm/z。將專用刀具裝夾在車床上使用，可將其作為整體考慮，結(jié)合數(shù)控車床實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，取車床進(jìn)給量f=0.05 mm/r。

(2) 切削速度Vc及機(jī)床轉(zhuǎn)速n，銑削速度Vc公式為：

(1)

式中：T為刀具壽命,取90 min；ap為背吃刀量，為3.6 mm；f為進(jìn)給速度，為0.05 mm/r；kv為修正系數(shù)，取1。

Cv、m、xv、yv為系數(shù)和指數(shù)，查閱資料可確定各系數(shù)及指數(shù)值分別為37.6、0.25、0.2、0.3，帶入公式(1)計(jì)算得Vc=22.7 m/min。

查閱機(jī)床轉(zhuǎn)速公式為：

(2)

式中：Vc為計(jì)算的切削速度，為22.7 m/min；d為加工的外圓直徑，為13.6 mm；將Vc、d值帶入公式(2)，計(jì)算得機(jī)床轉(zhuǎn)速n為531 r/min。

通過計(jì)算并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，最終確定機(jī)床轉(zhuǎn)速為550 r/min，進(jìn)給量f為0.05，切削速度為23.5 m/min。

3 工藝路線擬定

根據(jù)零件圖紙要求及工藝性分析和難點(diǎn)工藝解決方案，按照先基準(zhǔn)后其他、先粗后精等原則，最終擬定的工藝路線如表1所列。

表1 工藝路線

4 結(jié) 語

該電磁離合器所用殼體，按上述工藝流程及使用專用深環(huán)形槽加工刀具安裝于車床上進(jìn)行加工，經(jīng)過批量生產(chǎn)驗(yàn)證，此方法成功解決了深環(huán)形槽加工的難題，有效滿足零件批量生產(chǎn)需要，大幅降低了生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。該方法可以推廣到同類型具有深環(huán)形槽零件的加工工藝中去。