自制镗刀加工大直径高精度外圆设计方案

2019-08-24 04:21

2018-03-16 16:12:41来源:《金属加工》(冷加工)

某工程机械套筒(见图1)φ300h8外圆及φ425h8外圆,凸台具有高尺寸精度,其与工件整体中心偏心(2±0.02)mm,与底盘上φ22H7孔、凸台同偏心。若由车床加工偏心凸台,后续加工中心加工偏心孔时难以保证位置度要求,需加工中心一次装夹完成。市场上外圆镗刀加工范围较小,加工直径及加工深度难以满足此工件φ425h8的加工需求,且工件非批量生产,定制镗刀成本高、周期长。故本文介绍一种自制外圆镗刀,结构简单、制作难度低、加工范围广、可解决图1所示工件及同类型近似产品的加工问题。

图1 套筒简图

1.外圆加工工艺分析

外圆加工方法通常有四种:车、磨、铣、镗。在此工件φ425h8凸台的加工中,磨削是不必要的,只对另外3种加工方法进行分析。若所有外圆及凸台均由车削完成,依靠四爪单动卡盘进行调整,(2±0.02)mm偏心距属于常规加工,易实现。但后续钻孔定中将成为问题,加工中心在定中时,工件不能旋转,极值点附近压表变化值小,无法准确找到偏心极值点,底盘上φ22H7孔与凸台同偏心,其两者间位置度难以保证。凸台精加工若由铣削完成,表面质量及圆度将成为难题,因为数控机床的插补原理,铣圆是绝对不会圆的,加上机床丝杠有间隙、主轴转速与刀具进给搭配不良等因素,精度要求高的圆一般都不选择铣削加工,而选择铰或者镗,铣削在此工件外圆凸台加工中只能作为粗加工。因此,为保证外圆凸台自身精度及钻孔位置精度,外圆凸台需选择车非偏心圆φ330k6及φ225K7为基准,粗铣偏心外圆凸台平衡加工余量、镗外圆及钻孔一次装夹完成,将车、铣和镗相结合,并以镗作为最终加工方式,达到工艺路线的优化。

2.自制外圆镗刀设计方案

(1)镗刀设计思路。外圆镗刀与普通镗刀最基本的区别就是刀尖朝向,加工直径与加工深度决定了设计结构尺寸,以上因素是无法改变的,因此设计中最重要的就是联接结构。为简化结构,刀柄选用机床自身刀柄,自制刀体通过刀柄与机床相连即可。

方案一(见图2)。贴合工件外圆设计套筒式刀体,与刀柄相联,钢板厚度4mm,套筒下端面焊接联接块,内过盈嵌入可调精镗刀头,套筒筒壁均布φ40mm孔,同时起到减重和减振的作用,设计质量40kg,缺点是质量偏重、加工直径调整范围小、通用性不强,实践证明此结构更适用于加工直径与加工深度更小的工件。

方案二(见图3)。此结构更接近于标准外圆镗刀,自制刀桥2与刀柄3通过联接键1相联,刀杆9可调范围宽,刀杆过盈嵌入可调精镗刀头8,精加工可进行微调对刀,刀杆背部加强筋6用于提高刚性,依靠销轴5、7联接,避免焊接,易拆装。设计质量28kg,完全满足主轴抓重。

1.联接键 2.刀桥 3.刀柄 4.顶丝

5、7.销轴 6.加强筋 8.可调精镗刀头 9.刀杆

(2)刀具安装及使用方法。

①将机床自身刀柄用双键及螺栓与刀桥相联。

②将可调精镗刀头过盈嵌入刀杆。

③将刀杆插入刀桥T形卡槽。

④调整刀杆位置于加工尺寸,侧固顶丝锁紧固定。

⑤将加强筋点通过过盈销轴固定于刀杆背侧。

⑥将刀体整体插入机床主轴中。

⑦为便于加工中心定中,可制作辅助心轴(见图4),辅助心轴小直径一端与加工中心工作台中心定位,大直径一端与工件定位,保证工作台中心与工件非偏心圆轴线同心,便于找正定中。

1.工件 2.辅助心轴 3.工作台

(3)镗刀特点。镗刀几何参数和切削性能稳定,定位精度和重复精度较高,可保证刀尖位置变化在工件精度允许范围内,以及加工精度的一致性。刀头牢固,在切削力冲击及振动下不易松动。加强筋依靠双过盈销轴固定,避免焊接变形,拆装方便。镗刀结构简单,调整范围广(调整直径300mm,加工范围φ250——φ550mm)。

3.应用效果

通过实际使用该镗刀加工的产品,其质量经三坐标测量仪(CMM)检测,完全达到设计要求。同时依靠此刀具,制作了其余同类结构共5种零件,加工直径275——475mm,按时、保质地完成了生产试制任务。

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