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      精密長螺桿車削技術

      2015-12-06 09:13:32中國工程物理研究院機械制造與工藝研究所四川綿陽621900王俊峰南浩濤
      金屬加工(冷加工) 2015年24期
      關鍵詞:切削用量裝夾螺桿

      ■ 中國工程物理研究院機械制造與工藝研究所 (四川綿陽 621900) 王俊峰 李 凱 南浩濤

      精密長螺桿車削技術

      ■ 中國工程物理研究院機械制造與工藝研究所 (四川綿陽 621900) 王俊峰 李 凱 南浩濤

      機械制造中,有許多零件都有螺紋,由于螺紋既可用于聯(lián)接、緊固及調節(jié),又可用來傳遞動力和改變運動形式,因此應用十分廣泛。螺紋的加工方法有很多種,在專業(yè)生產中廣泛采用滾壓、壓輥及搓絲等一些先進工藝方法,這種工藝方法適用于批量生產,而一般機械加工中通常采用車削的方法加工螺紋。本文以精密螺桿的車削加工為例,詳細闡述了細長螺桿加工中遇到的問題和解決方法,保證了精密長螺桿的加工質量。

      1. 工藝分析

      螺桿如圖1所示,在加工過程中首先考慮工件的材料和長徑比,然后考慮夾具、刀具等因素對加工產生的影響。

      螺桿結構如圖1所示,該零件為某模塊的核心零件之一,材料為3Cr13,其制造精度直接影響到模塊功能的實現(xiàn)。該零件存在以下加工難點:①零件外圓在φ12mm以下,桿長256mm,長徑比>21,剛性差、容易變形。②外圓φ8f7(-0.013-0.028) mm 、φ10k7(+0.016+0.001)mm,尺寸精度要求高。③外圓φ8f7(-0.013-0.028)mm、 φ10k7(+0.016+0.001)mm之間同軸度要求高(0.015mm)。④螺桿螺紋為M12×0.5-5h4h-L,螺距小,螺紋有效長度L=222mm,加工中刀具每一次走刀切削時間長、刀尖磨損大。⑤螺紋直線度要求在0.01mm內,增加了裝夾及加工難度。

      圖 1

      2. 加工難點分析

      對于如圖1所示細長螺桿來說,外圓尺寸精度采用磨削達到精度要求,本文主要講述車削加工螺紋中的難點,影響車削加工的因素主要有以下幾個方面:①毛坯剛性,長徑比>21,剛性差,容易變形。②半成品本身存在形狀誤差和位置誤差,易在精加工過程中形成誤差復映。③裝夾時產生的彈性變形、螺紋尺寸、形位精度和表面粗糙度都不易控制。④加工切削過程中受切削力影響,使工件產生變形(剛性差),其中包括熱變形和殘余應力。

      由于以上原因,在首次加工的過程中沒有達到圖樣和工藝要求,其中圖樣要求螺桿與螺套的配合間隙在0.008mm以內(螺桿與螺套為精密微調螺紋),即在整個螺紋旋合長度上都要求間隙保證在0.008mm以內,還要保持螺母的旋合順利及全長旋合長度的間隙一致,所以在加工過程中要充分考慮夾具、刀具、冷卻、切削用量和切削速度對加工產生的影響。

      3. 解決方法

      在現(xiàn)有加工條件下,根據(jù)零件特征主要考慮從以下幾點著手解決問題:

      (1)裝夾。采用一夾一頂裝夾方式,頂尖頂緊力調整在5~8kg,用一小木棒作輔助支撐,手拿小木棒,在螺紋車削時,木棒扶在螺紋刀對面工件的另一側,以抵消刀具的抗力,但由于人工輔助無法保持支撐力度的大小和均衡性,導致加工出的產品前后錐度較大,加工中刀具振動產生的波紋較大,表面質量差,達不到圖樣要求,而且刀具磨損速度加快;加之本車間數(shù)控機床沒有中心架和跟刀架,只有考慮別的辦法。

      后采用磁力表架安裝其他材料作為輔助支撐,由于螺桿為細牙螺紋,加工中輔助材料與工件磨損大,導致螺紋外徑減小超差;因此改用聚四氟乙烯棒作為輔助支撐,聚四氟乙烯安裝在磁力表架上,將磁力表架吸在刀塔上,聚四氟乙烯棒頂在與刀尖對稱的工件表面位置,緊固磁力表架如圖2所示,當?shù)端苿訒r聚四氟乙烯支撐棒跟著移動,如此可在整個加工行程中保持均衡的輔助力,消除了加工中刀具的抗力,加工中無振動現(xiàn)象,加工出的零件圓柱度保持在0.005mm以內。

      (2)刀具。刀具要求既要有很好的耐磨性,又要保持鋒利,排屑順暢,防止切屑纏繞。刀片選用CVD涂層刀片,排屑順利,表面質量好。

      (3)切削用量??刂谱钚∏邢饔昧吭?.02mm/r左右,轉速500~1 200r/min效果不理想,轉速太低,工件成腰鼓形,轉速太高,振動大,刀具磨損太快,耐磨性差,工件外徑尺寸易產生錐度,影響產品質量和表面粗糙度。改用分層切削方法,減小切削力,提高轉速,在1 500~2 200r/mm效果較好,產品幾何精度和尺寸精度得以保證。

      (4)冷卻潤滑。初始加工時用水冷卻及普通乳化液冷卻潤滑,效果都不理想,加工后螺紋毛刺大,表面粗糙度值高。后改用自己調制的切削液(煤油+菜籽油+豬油)冷卻潤滑,既有很好的滲透性、冷卻性,也有很好的潤滑性,加工后零件表面粗糙度值達到Ra=1.6μm。

      經過綜合考慮以上幾點,進行了多次切削試驗,最終總結出較好的加工方法,保證了產品質量。

      圖2 裝夾方式三維實體

      4. 注意事項

      根據(jù)細長螺桿的加工方法總結出以下幾點:①合理的工藝路線。②合理的切削用量和加工方法。③合理運用切削液和潤滑劑。④合理選用裝夾方法。⑤刀具懸伸盡量短,增強刀具剛性。⑥裝夾牢靠穩(wěn)定,防止振動。

      5. 結語

      在細長螺桿的加工中,采用了獨特的加工方法,得到了很多經驗。根據(jù)零件結構特征和尺寸精度要求,反復調整切削參數(shù)、裝夾方法及選用合適的冷卻潤滑劑,最終滿足圖樣要求,零件表面質量很好,合格率高,保證了產品質量??偨Y出了一些加工經驗,為后批生產奠定了基礎。

      [1] 胡農.車工技師手冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,1997.

      [2] 李煒新.金屬材料與熱處理[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.

      [3] 徐宏偉.數(shù)控加工工藝[M]. 北京:化學工業(yè)出版社,2008.

      [4] 陳長生,霍振生.機械基礎[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.

      20150910)

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