銑削零件工藝分析
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| 零件號 |
d |
D |
A |
R |
| 1 |
?16+0.0110 |
?1050-0.0087 |
77.5 |
25 |
| 2 |
?16+0.018+0.005 |
?90±0.043 |
80 |
35 |
圖1 葉輪 |
6160A和6200Z型柴油機的壓氣機葉輪，零件結(jié)構(gòu)和形狀相似，作用相同，但尺寸不同(如圖1所示)。要求設(shè)計一臺專用機床銑削兩種尺寸不同的葉輪圓弧面(半徑為R)。
- 葉輪零件的技術(shù)要求
葉輪材料為ZL104，硬度≥70HBS，圓弧面(半徑為R)的橫截面與內(nèi)孔(直徑為d)的同軸度均為Ø0.04mm，表面粗糙度為Ra1.6µm。因為葉輪是高速旋轉(zhuǎn)的零件，對其尺寸精度、形狀精度及動平衡精度要求較高。
- 定位基準的選擇
葉輪的內(nèi)孔(直徑為d)與Ø150mm大端面的粗、精加工均是在同一工序中一次安裝加工完成的，以保證大端面與內(nèi)孔軸線的垂直度要求(150mm端面跳動允差0.02mm)。銑削圓弧面時，均選Ø150mm大端面作為第一定位基準，以消除葉輪的3個自由度(沿內(nèi)孔軸線的移動，繞其它兩個垂直軸的轉(zhuǎn)動)：以內(nèi)孔為第二定位基準，消除沿兩個垂直軸的移動。從理論上講5點定位即可滿足加工要求。
2 銑削專機的設(shè)計方案分析及采取的措施
- 刀具設(shè)計方案和措施
刀具回轉(zhuǎn)中心高度要求可調(diào)，調(diào)好后刀架要求能鎖緊。
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圖2 刀架部件局部
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圖3 銑夾具 |
采用類似滾齒機刀架調(diào)整的方式，在立柱上設(shè)可調(diào)刀架(如圖2所示)。當(dāng)?shù)毒咧行母哒{(diào)到合適的高度后，鎖緊立柱導(dǎo)軌后面的壓塊，以消除刀具與立柱導(dǎo)軌間的間隙，從而提高支承剛性和抗振能力，也保證了刀具的回轉(zhuǎn)精度。
圓弧面銑削采用圓柱銑刀，銑刀半徑依圓弧面半徑R選擇。銑刀要求可換，刀桿剛性要好，而且應(yīng)避免成懸臂結(jié)構(gòu)，以免因切削引起振動讓刀，影響回轉(zhuǎn)精度和表面質(zhì)量。于是采用萬能銑床刀具支架的支承方式，在刀桿尾端設(shè)置尾架支承，以提高刀具系統(tǒng)的剛性。
選擇高精度的銑削頭TX25A作為刀具驅(qū)動裝置，以提高刀具的回轉(zhuǎn)精度。這種銑削頭裝有3182000系列的雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承，回轉(zhuǎn)精度高，精度保持性好。按ZB2651制造技術(shù)要求，其回轉(zhuǎn)精度可保證在0.01mm之內(nèi)。
對保證工件的回轉(zhuǎn)精度及送進采取了如下措施:選擇精密導(dǎo)向的B型導(dǎo)軌的液壓滑臺，導(dǎo)軌的扭曲為0.01mm/250mm，以保證工件送進的平直度，有利于提高圓弧面的回轉(zhuǎn)精度。
提高工件回轉(zhuǎn)精度而采取的措施
- 采用高精度的銑削頭TX20A作夾具的驅(qū)動裝置，其回轉(zhuǎn)精度在0.01mm之內(nèi)。
- 提高夾具心軸的定心精度。
- 采用可調(diào)同軸度的夾具并且可換，以適應(yīng)兩個品種甚至多品種的需要。
- 夾具與銑頭的連接不采用7:24錐度孔。這種錐孔目前的制造手段只能保證接觸面達80%左右，很難滿足高回轉(zhuǎn)精度的要求。于是在夾具上采用法蘭止口與銑頭聯(lián)接，在徑向設(shè)有4個M8調(diào)整螺釘(如圖3所示)，調(diào)整其心軸的定心精度。經(jīng)過精細調(diào)整，夾具心軸的徑向跳動控制在0.005mm之內(nèi)。
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- 為了便于控制心軸直徑的公差，將定位孔(Ø16+0.0110mm)換算成雙向偏差，即為Ø16.0055±0.0055mm，這樣即可減少因零件孔的制造誤差而產(chǎn)生的定位誤差。
- 對定位心軸作過定位處理，以提高定位系統(tǒng)的剛性，減少切削變形的影響。
根據(jù)六點定位原理，定位心軸消除兩個自由度，只能用短圓柱心軸。由于該心軸還需作夾緊元件，所以不作定位的部分只能車細，這樣就與工件內(nèi)孔留有較大間隙。經(jīng)過實際試用，發(fā)現(xiàn)圓弧面的徑向跳動為0.07mm，超過了徑向跳動允差0.03mm的精度要求，表面粗糙度也只能達Ra3.2µm，達不到圖紙要求。經(jīng)分析，由于定位心軸定位配合面長度較短，心軸不定位部分與工件內(nèi)孔有較大的間隙，在徑向切削力的作用下，心軸產(chǎn)生撓曲變形，而工件也在間隙處失去支承作用而產(chǎn)生變形，從而引起切削振顫，影響了加工精度。由于Ø150mm大平面和定位孔(直徑為d)的垂直度完全控制在0.02mm之內(nèi)，我們用過定位心軸進行試驗。設(shè)計夾具時，用大平面和加長心軸聯(lián)合定位(如圖3所示)，使工件內(nèi)孔在全長范圍內(nèi)與心軸配合定位。這樣處理后，加工出的葉輪圓弧面的徑向跳動經(jīng)檢測達 0.012mm，完全達到圖紙要求。
3 切削液的使用和機床的安裝方法
葉輪圓弧面的加工采用機油冷卻潤滑刀具，以避免刀具上產(chǎn)生積屑瘤而影響加工表面質(zhì)量。經(jīng)測定表面粗糙度達到Ra1.6µm。
機床的安裝沒有采取傳統(tǒng)的地基加地腳螺栓的安裝方式，而是采用上海長征機械廠生產(chǎn)的JZQ-I型彈性支承。每個支承負重200kg，本機床共用了6個支承。這種支承不僅僅節(jié)省了50%安裝費，而且大大縮短了安裝調(diào)整周期。而最重要的還是這種彈性支承具有減振和隔振作用。一方面減少機床自身的振動，另一方面隔離外界設(shè)備通過地基傳來的振動，從而有利于提高加工質(zhì)量。
4 效果
- 由于刀具的中心高度可調(diào)，夾具心軸的定心精度可調(diào)且夾具可換，實現(xiàn)了一機多種零件加工。
- 采用高精度的銑削頭作為刀具和工件的驅(qū)動裝置，夾具心軸的定心精度可調(diào)，保證了葉輪圓弧面的尺寸精度和位置精度。
- 夾具的過定位設(shè)計、機床的彈性支承及切削液的使用，避免了切削振動，保證了圓弧面粗糙度要求。經(jīng)過幾年的使用證明，該機床具有結(jié)構(gòu)合理、小巧緊湊、工作性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，完全能夠保證壓氣機葉輪圓弧面的銑削質(zhì)量。
