深孔内球面玩球彩车削加工

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工件如图1所示,材料为1Cr18Ni9Ti,焊接结构件。工件材料强度虽然不高,但塑性和韧性大,切削加工性差,加工硬化趋势强烈,切削负荷大,导热性差,加工时热量易集中在切削刃上,产生积屑瘤,使刀具磨损加剧。加工的主要难点是工件精度要求高,薄壁,刚性差,容易引起装夹变形。工件孔深且为盲孔,孔底部为球面,刀杆细长,车削时易产生振动。加工质量不易保证。1


图1 工件 
工艺分析

工件原来是在数控车床上加工,精加工时要求一次完成内孔及内球面的车削,在加工过程中不允许换刀。根据数控机床的加工特点,刀杆直径只能做到f60mm。由于刀杆细长,刚性不足,强度低,在加工中刀杆产生振动较大,产生让刀现象,并使孔壁的粗糙度值增大,不但生产效率低,而且加工质量难以保证。

如果将刀杆直径增大,则在加工内孔时,刀杆与孔壁间隙太小,引起排屑不畅,造成堵塞,冷却润滑液进入困难,刀具磨损加剧,从而影响加工精度。为了满足生产的需要,使工件加工质量保持稳定,提高生产效率,解决数控车床加工深孔的不足,设计了一种车削深孔内球面的专用刀具,可在普通车床上进行深孔内球面的加工。

刀具设计

设计专用刀具应在能使切屑顺利排出的前提下,尽量提高刀杆的强度和刚度,避免加工过程中刀杆的振动,确保加工精度,并实现刀具的旋转,达到车削内球面的功能。

按照工件的深度和内孔直径,根据曲柄连杆机构的原理,设计的车削深孔内球面专用刀具如图2所示。刀杆直径110mm,长度约2000mm。

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1.车刀 2.旋转体 3.连杆 4.刀座 5.刀杆 6.拉杆轴 
7.封板 8.定位轴、轴套、螺母、垫圈 9.销轴 
图2 
车削深孔内球面的专用刀具主要由刀杆、刀座、封板、拉杆轴、连杆、旋转体等组成。刀杆、刀座、封板焊接成刚性体,拉杆轴可以在刀座与封板的内孔中自由滑动。拉杆轴与连杆,连杆与旋转体通过销轴连接,旋转体与刀座通过定位轴、轴套进行连接。各连接件之间均采用滑动配合。 
为避免在车削内球面过程中,连杆机构出现死点,在组装专用刀具时应将旋转体向前偏斜一个角度。

加工方法

工件焊接后进行消除内应力处理。经粗车内孔、外圆后,在工件两端法兰上建立找正基准。为解决工件刚性差的问题,避免装夹变形,工件通过定位工装和中心架进行固定。

用卡盘将定位工装卡住,按工件法兰外圆配车定位止口后,利用止口定位将工件用螺栓固定在定位工装内,并用两个中心架支承工件。

将专用刀具装在刀杆安装座内,利用刀杆安装座的开口槽将专用刀具固定。并将刀杆安装座固定在车床的刀架上。连接座固定在尾座轴的端面上,拉杆轴通过定位销与连接座铰接。

车削内球面时,转动车床尾座的操作手柄,利用尾座套筒的轴向运动,通过固定在尾座套筒上的连接座使拉杆轴沿轴向移动,拉杆轴推动连杆,连杆带动旋转体上的车刀绕定位轴转动,从而完成车削深孔内球面。加工示意见图3。

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1.机床主轴箱 2.三爪卡盘 3.定位工装 4.固定螺栓 5.工件 6.专用刀具 
7.中心架 8.刀杆安装座 9.机床刀架 10.链接座 11.尾座套筒 12.机床尾座 
图3 加工示意图 
车削时,在工件孔口进行对刀,可以控制内孔及内球面的尺寸。深度尺寸是通过测量内深并用车床大拖板的刻度值来进行控制。

冷却润滑液采用硫化切削液。冷却液的输送管通过刀杆并固定在刀座上,使冷却润滑液直接从刀座喷向车刀,并将切屑从工件内孔冲出。

为避免切屑成带状缠绕在车刀上,拉伤孔壁,根据精车时的切削用量在车刀上磨出合适的断屑槽,控制断屑效果。

精车时刀片材料选用YW1,主轴速度20r/min,进给量0.15mm/r,吃刀深度0.25mm。要保持车刀锋利,增强刀头的强度,改善散热条件,减小摩擦和由此而引起的加工硬化趋势,车刀还应具有合理的切削角度。

加工时随时观察切屑的形状和颜色,注意排屑的情况,以及加工时刀具在深孔中发出的声响,用手触摸刀杆观察其振动情况。如出现反常现象,应立即进行检查,并采取措施予以解决。

结论

在普通车床上通过专用刀具,实现了深孔内球面的车削。不仅生产效率高,加工成本降低,而且加工质量可以得到保证。

加工深孔内球面的专用刀具结构简单,使用方便,加工尺寸可以调节,适用范围较大。可为解决类似问题提供参考。

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