利用數(shù)控銑床加工深孔圓弧花鍵槽

德州大陸架石油工程技術(shù)有限公司 (山東 253034) 敖竹青 熊興榮

1.零件分析

花鍵槽一般用于回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件的周向固定起傳遞扭矩和轉(zhuǎn)矩的作用。花鍵槽的位置可以在軸上，也可以在孔內(nèi)。對(duì)于內(nèi)孔里的花鍵槽，可以采用插削、拉削、刨削、銑削及線切割等方法來(lái)加工。具體用哪種方法，在工藝的選擇上，需要根據(jù)工件的尺寸大小、精度技術(shù)要求、產(chǎn)品批量以及現(xiàn)有的加工設(shè)備等來(lái)確定。

公司需要加工一批工件，長(zhǎng)1000 mm，在距離端面200 mm 處，均勻分布了45°的4 個(gè)花鍵槽，槽深5 mm，槽長(zhǎng)120 mm，槽的表面粗糙度值為Ra=6.3 μm，材質(zhì)為35CrMo，調(diào)質(zhì)后的硬度為290～320 HBW。

通過(guò)對(duì)該工件的特征進(jìn)行分析可知:①加工工件較長(zhǎng)，常用的插床、拉床的行程達(dá)不到要求。②內(nèi)孔槽為圓弧，這就排除了采用車(chē)床等的加工方式。要實(shí)現(xiàn)槽底的圓弧，必須使用數(shù)控機(jī)床。③內(nèi)孔較深，市面上常規(guī)刀桿長(zhǎng)度無(wú)法滿足需求，需要定制和自制加長(zhǎng)刀桿。綜合上述情況，為降低成本，縮短加工周期，提高效率，決定充分利用現(xiàn)有的喬友FD18—22 數(shù)控龍門(mén)銑床進(jìn)行加工。該設(shè)備既可以進(jìn)行立銑，也可以進(jìn)行側(cè)銑(該設(shè)備附件配有一直角銑頭)。在該內(nèi)孔花鍵槽的加工中，采用側(cè)銑。

2.加工方案的確定及實(shí)施

(1)加工工藝設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)零件的分析，銑工序可以分為粗銑、半精銑、精銑和清根4 個(gè)步驟(見(jiàn)表1)。

表1 加工工藝設(shè)計(jì)

(2)夾具的設(shè)計(jì)。工件的外徑為φ150mm，長(zhǎng)度為1000 mm，對(duì)于該工件的裝夾，不但需要保證工件的穩(wěn)定可靠，還需要保證工件的軸線位置不變，以保證軸槽的中心平面通過(guò)軸線。對(duì)工裝的總體要求是不僅要滿足限制工件自由度的要求，而且還要有好的剛性、穩(wěn)定性和精度。主要原理是通過(guò)V 形鐵和壓板，用導(dǎo)桿和螺母將工件固定在工作臺(tái)上。

(3)加工刀具的選擇。因工件的孔徑小于直角銑頭的尺寸，銑頭裝入常規(guī)刀具后無(wú)法進(jìn)入孔內(nèi)進(jìn)行加工，所以在銑削過(guò)程中需要利用特制的加粗加長(zhǎng)刀桿來(lái)加工。

銑刀按結(jié)構(gòu)可分為整體式、焊接式、鑲齒式及可轉(zhuǎn)位式。粗銑和半精銑時(shí)，可以選用可轉(zhuǎn)位式銑刀，主要考慮到:一是粗銑時(shí)，吃刀量大;二是可轉(zhuǎn)位刀片切削性能好;三是換刀時(shí)間短;四是由于可轉(zhuǎn)位刀片是標(biāo)準(zhǔn)化和集中生產(chǎn)的，刀片幾何參數(shù)易于一致，切屑控制穩(wěn)定。

加工中，用以粗銑和半精銑的粗銑刀是以D35 mm (R0.8 mm)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，用以精銑的精銑刀則以D16 mm (R0.8 mm)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，從而進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì):一是將刀桿加長(zhǎng)加粗，滿足深孔加工時(shí)的其長(zhǎng)度和剛性需求;二是增加排屑空間。具體如圖1和圖2 所示。

圖1 粗銑刀

圖2 精銑刀

在精銑過(guò)程中，當(dāng)槽的深度大于100 mm 時(shí)，會(huì)因?yàn)榭沟抖纬慑F度，可以利用磨頭加工清除錐度，可以選用φ20 mm 的磨頭(材質(zhì)為砂布)。在使用過(guò)程中需要對(duì)磨頭進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，重新設(shè)計(jì)加長(zhǎng)刀桿，再通過(guò)螺紋將磨頭與刀桿聯(lián)接。

(4)工件的裝夾。首先將V 形鐵(必須成對(duì))置于銑床工裝臺(tái)上，再將工件置于V 形鐵上，然后把壓板置于工件上，最后用墊片、螺母將穿過(guò)壓板的T 形螺栓進(jìn)行鎖緊固定。裝夾過(guò)程中，需用杠桿百分表找正:一是保證工件的上素線與工作臺(tái)臺(tái)面平行;二是保證其側(cè)素線與工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向平行;三是保證工件的前端面與后端面平行。具體如圖3 所示。

圖3 工件的裝夾

(5)加工路徑。在進(jìn)行加工之前，要確定加工工件的起始點(diǎn)，以確定工件的加工軌跡。具體如圖4 所示。

圖4 加工路徑

(6)切削用量的確定。銑削時(shí)合理地選擇銑削用量，對(duì)保證零件的加工精度與加工表面質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，提高銑刀的使用壽命，降低生產(chǎn)成本等都有重要的作用。通過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)和論證，銑削切削用量的選取如表2 所示。

表2 銑削切削用量的選取

3.結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，采用上述方法，滿足了產(chǎn)品的加工需求。利用企業(yè)現(xiàn)有的數(shù)控銑床加工深孔圓弧花鍵槽，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)，其適用性、經(jīng)濟(jì)性得到了有力的證明。在拉、插、線切割等方法無(wú)法解決的情況下，為深孔圓弧花鍵槽的加工提供一種新的解決方案。