腰鼓形兜孔保持架數控車加工

郭鷹，黃忠勝

(貴州天馬虹山軸承有限公司，貴州 安順 561000)

1 概述

某腰鼓形兜孔保持架結構如圖1所示，其使用工況復雜，精度要求較高。保持架材料為40GrNiMoA優質合金鋼，其強度高、耐磨性能好，但不易加工，加工過程中刀具磨損快，更換頻率高，尺寸難以控制，直接影響兜孔表面粗糙度和生產效率。特別是對于腰鼓形保持架兜孔，上下孔口小，中間孔徑大。若采用傳統的高速鋼刀具鉆、鉸孔工藝，需要設計結構復雜的工裝或刀具，且精度很難達到工藝要求。因此，在深入分析該種保持架的結構特點及加工中出現的問題基礎上，經反復試驗后，采取在數控車床上一次裝夾完成腰鼓形兜孔的定位、鉆孔和鏜孔。

圖1 腰鼓形兜孔保持架結構

2 加工工裝的設計

由于車床加工時工件作旋轉運動，刀具作進給運動，為了加工出腰鼓形兜孔，必須使每一個要加工的兜孔軸線與車床主軸軸線重合。設計工裝結構如圖2所示，由底座、旋轉定位桿、定位銷、調整塊、壓板(或平衡塊)和上、下螺母組成。錐形底座與主軸錐形孔緊密配合，使主軸帶動工裝和工件一起旋轉。旋轉定位桿等分孔采用精密鏜床加工，可以根據工件的大小及兜孔等分數加工出多種規格的產品，減少了工裝部件的重復制造。在旋轉定位桿和工件之間可加一個調整塊，用于調整使兜孔軸線與車床主軸軸線重合，并控制兜孔中心與基面尺寸一致。根據實際加工情況也可以把調整塊與旋轉定位桿做成一體，從而減少配合誤差，提高工件加工精度。定位銷與旋轉定位桿上的定位孔配合，在加工中用于工件兜孔等分精度的控制。平衡壓板一方面使工件通過上螺母壓緊在旋轉定位桿上，一方面由于該工裝的重心偏離機床主軸軸線，高速旋轉時會產生離心力，使機床產生振動，影響工件表面加工質量，不同厚度的平衡壓板可以起到平衡工裝的作用，減小離心力，避免機床高速旋轉時產生振動。下螺母用于把分度定位桿緊固在底座上。

1—工件；2—壓板；3—上螺母；4—下螺母；5—旋轉定位桿；

3 加工原理及編程

兜孔加工如圖3所示。首先把底座裝入數控車床主軸錐孔中，用拉桿通過底座上內螺紋拉緊底座，保證良好的連接強度。選擇一個合適的平衡壓板，用上螺母將旋轉定位桿上的工件料坯壓緊，并把旋轉定位桿裝入底座上的基準孔中，定位銷插入旋轉定位桿上的等分孔內，用下螺母緊固旋轉(分度)定位桿使兜孔軸線與機床主軸軸線重合。啟動機床后主軸帶動工裝和工件高速旋轉，通過數控程序控制刀具軌跡及數控旋轉刀架的自動換刀，可分別對兜孔進行定位、打中心孔、鉆孔和鏜孔加工，當加工完一個兜孔后刀架自動退到安全位置，主軸停止旋轉，此時松開下螺母，使旋轉定位桿上的等分孔脫離定位銷，并轉動旋轉定位桿至下一個等分孔，然后插入定位銷，旋緊下螺母，進行下一個兜孔的加工。數控機床(980TD)加工程序如下：

圖3 兜孔加工示意圖

O1234

N1 G00 X150.00 Z150.00 ； 快速移動至換刀點

N2 T0101 ； 選擇1號刀(中心鉆)

N3 M03 S1000 ； 主軸(正轉)轉速850 mm/min

N4 M08 ； 開啟冷卻液

N5 G00 X0.00 Z1.00 ；快速定位

N6 G01 Z-3.00 F50 ；加工中心孔

N7 G00 Z5.00 ；退刀

N8 X150.00 Z150.00 ；回換刀點

N9 T0202 ；選擇2號刀(鉆頭)

N10 M03 S400 ；主軸(正轉)轉速400 mm/min

N11 G00 X0.00 Z1.00 ；快速定位

N12 G01 Z-15.00 F50 ；鉆孔加工

N13 G00 Z5.00 ；退刀

N14 X150.00 Z150.00 ；回換刀點

N15 T0303 ；選擇3號刀(鏜孔刀)

N16 M03 S850 ；主軸(正轉)轉速400 mm/min

N17 G00 X14.260 Z1.00 ；快速定位

N18 G41 ；刀尖圓弧補償

N19 G01 Z-0.500 F30 ；直線切削

N20 G01 X14.600 Z-0.794 ；錐度切削

N21 G01 Z-7.656 ；直線切削

N22 G01 X14.260 Z-7.950 ；錐度切削

N23 G01 Z-9.950 ；直線切削

N24 G00 X9.00 ；快速定位

N25 G00 Z5.00 ；退刀

N26 G40 ；取消刀具補償

N27 G00 X150.00 Z150.00 ；回換刀點

N28 M05 ；主軸停止旋轉

N29 M09 ；關閉冷卻液

N29 M30 ；程序結束

4 結束語

通過創新改進了腰鼓形保持架兜孔加工用傳統工裝的設計，實現了車床數控自動化生產，實際使用表明，改進后的工藝不僅方便了工件的加工，滿足了工件的尺寸精度和表面質量要求，而且提高了加工效率，顯著降低了零件的生產成本，減輕了操作者的勞動強度。