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20xx新編ca6140車床主軸機械加工工藝的設計(編輯修改稿)

2025-07-03 16:41 本頁面
 

【文章內容簡介】 轉軸線在空間斜交,則鉆出的孔的軸向截面是雙曲線,但不論如何,孔的軸線與工件的回轉軸線仍是一致的,故軸的深孔加工多采用這種方式。據上分析CA6140主軸深孔加工采用最后一種方法并在深孔鉆床上實現。⑵深孔加工的冷卻與排屑在批量生產中,深孔加工常用專門的深孔鉆床和專用刀具,以保證質量和生產率。直徑在50 mm以下的孔大都采用深孔鉆。深孔鉆有單刃和雙刃的。這些刀具的冷卻與切屑的方法有兩種:①內冷卻外排屑法②外冷卻內排屑法如圖65所示,冷卻液從鉆頭外部輸入,從鉆頭內部排出。有一定壓力的冷卻液沿箭頭指示方向經刀桿與孔壁之間的通道進入切削區(qū),起到冷卻潤滑作用,然后經鉆頭和刀桿的內孔帶著大量切削排出。以上兩種冷卻與排屑的方法,均要求冷卻液具有足夠的壓力和流量,一保證切屑能順利地排除并保持鉆頭良好的冷卻和潤滑。在加工直徑為40~60mm的孔時,一般保持冷卻液壓力2~4MPa,;流量200~400L/min較為合適。圖65外冷卻內排屑⑶深孔噴射鉆加工噴射鉆適用于加工φ20~65mm的深孔,長徑比能達100,比一般外冷卻內排屑鉆頭有更高的效率,同時可獲得較好的加工表面質量,是一種新型的孔加工刀具。噴射鉆的主要組成部分是鉆頭、外鉆管和內鉆管(圖66)。鉆頭通過方牙螺紋擰在外鉆管的一端。據以上各方法分析比較,根據CA6140主軸整體尺寸較大,裝夾定位難以保障精度的要求,且為批量生產等因素,因此采用深孔鉆床(工件轉動,刀具作軸向送進運動)來完成φ48深孔的鉆削。圖66噴射鉆工作示意圖主軸前端錐孔和主軸支承軸頸及主軸前端短錐的同軸度要求高,因此磨削主軸的前端錐孔,成為機床主軸加工的關鍵工序。本課題CA6140主軸前端錐孔,以支承軸頸作為定位基準,有以下三種安裝方式:⑴將前支承軸頸安裝在中心架上,后軸頸夾在磨床床頭的卡盤內,磨削前嚴格校正兩支承軸頸,前端可調整中心架,后端在卡爪和軸頸之間墊薄紙片來調整。⑵將前后支承軸頸分別裝在兩個中心架上,用千分表校正好中心架位置。工件通過彈性連軸節(jié)或萬向接頭與磨床床頭主軸連接。這種方式可以保證主軸軸頸的定位精度,而又不受磨床床頭誤差的影響,但調整中心架仍費時,質量也不穩(wěn)定,一般只在生產規(guī)模不大時采用。⑶成批生產時大都采用專用夾具進行加工,圖67為磨主軸錐孔的一種夾具,夾具是由底座、支承架及浮動卡頭三部分組成。圖67磨主軸錐孔夾具前后兩個支承架與底座連成一體。作為工件定位的V形塊鑲有硬質合金,以提高耐磨性(有的把其中一個元件作為錐軸瓦,以便與主軸上的錐軸頸配合),工件的中心高應調整到正好等于磨頭砂輪軸的中心高。后端的浮動卡頭裝在磨床主軸的錐孔內,工件尾端插于彈性套內。用彈簧把浮動卡頭外殼連同工件向后拉,通過鋼球壓向鑲有硬質合金的錐柄端面,這樣依靠壓縮彈簧的張力就限制了工件的軸向竄動。采用這種聯接方式,可以保證主軸支承軸頸的定位精度不受磨床床頭誤差的影響,也可減小機床本身的振動對加工質量的影響。這種夾具加工精度能達到錐孔對支承軸頸的徑向圓跳動為300:(~),接觸面在80%以上,不僅加工質量好,而且提高了生產率。本課題CA6140主軸為成批生產,且對錐孔精度要求較高,因此采用第三種安裝方法。7軸的精度檢驗軸類零件在加工過程中和加工完了以后都要按工藝規(guī)程的要求進行檢驗。檢驗的項目包括表面粗糙度、表面硬度、表面幾何形狀精度、尺寸精度和相互位置精度。軸類零件的精度檢驗常按一定的順序進行。一般檢驗和程序為:先檢驗表面幾何形狀精度,然后檢驗尺寸精度,最后檢驗各表面間的相互位置精度。這樣可以判明和排除不同性質誤差之間對測量精度的干擾。圓度的檢驗,一般用千分卡尺按照測量直徑的方法,測出軸的同一橫截面內最大直徑與最小直徑之差,其差值就是圓度。精度高的則要用比較儀檢驗。圓柱度(包括圓錐度、鼓形度和鞍形度誤差等)的檢驗,同樣可用千分卡尺測出同一軸向剖面內最大與最小直徑之差來決定。圓錐度通過測量工件兩端截面上的直徑來檢驗,其最大直徑和最小直徑之差就是誤差值。彎曲度可以把工件放在平板上用千分表檢驗,工件轉動一周,千分表讀數最大變動量就是彎曲度誤差值。大批大量生產中,為了減少精密量具的損耗、縮短檢驗時間,則采用界限卡尺規(guī)檢驗軸的直徑。圖71軸的主動測量軸類零件在加工過程中還應用主動測量裝置進行主動測量。圖71為主動測量裝置的一種類型的簡圖。整個測量裝置在水平方向精確定位。上測量臂1能根據被測工件尺寸進行調整。下測量臂2隨著工件尺寸的變化繞鉸鏈(一般是片簧鉸鏈)3轉動,傳感器4便反映出工件尺寸的變化。傳感器的種類很多,如電容傳感器、電感傳感器以及高壓氣動量儀等,它們都能達到很高的測量精度,并且這種類型的測量裝置受工藝系統(tǒng)的受力變形、熱變形和振動的影響較小,能測量IT5級精度的軸,同時測量裝置進出方便,易實現機床自動化。圖73軸的相互位置精度檢驗圖72支承軸頸同軸度的檢驗檢查相互位置精度時,一般是用兩支承軸頸作為測量基準面,這樣可使測量基準和裝配基準以及設計基準都重合,而避免因基準不重合而引起的度量誤差。為了檢驗前后支承軸頸對公共基準的同軸度誤差,采用如圖72所示的方法,把軸的兩端頂尖孔(相當于軸線)或兩個工藝孔錐堵頂尖孔作為定位基準,在支承軸頸上方分別裝千分表1和2,然后慢慢轉動軸。在轉動過程中,觀察千分表1和2的偏擺,從旋轉的一圈中分別讀出表1和2的讀數,這兩個讀數分別代表了這兩個支承軸頸相對于軸線的徑向圓跳動。徑向圓跳動綜合反映了軸的同軸度誤差和圓度誤差等,如果幾何形狀誤差很小,而可以不考慮其影響,則上述表1和表2的讀數值的一半即分別為這兩個支承軸頸相對于軸線的同軸度誤差。軸的其它表面對支承軸頸的相互位置檢查采用下列方法:將軸的兩支承軸頸放在同一平板上的兩個V形塊上,并在軸的一端用擋鐵、鋼球和工藝堵錐擋住,限制其軸向移動,如圖73所示,其中一個V形塊的高度是可以調整的,測量時先用千分表2調整軸的中心線使其與測量平板平行。平板要有一定角度的傾斜(通常為15176。),使工件靠自重壓向鋼球而緊密接觸。對于本課題CA6140主軸,因為是空心階梯軸,所以要在軸的前錐孔中插入驗棒,錐孔近端面的表8用于檢查錐孔對支承軸頸的同軸度,300mm處的表9是檢查錐孔軸心線對支承軸頸軸心線的不平行度之用。測量時,均勻地轉動軸,分別以千分表9測量各軸頸及錐孔中心相對于支承軸頸的徑向跳動,千分表112和13分別檢查端面F、E和D的端面跳動,千分表10用于測量軸的軸向竄動。前端錐孔的形狀和尺寸精度,應以專用錐度量規(guī)檢驗,并以涂色法檢查錐孔表面的接觸情況。這項精度應在相互位置精度的檢查之前進行。8軸加工中常出現的質量問題及其解決辦法對工件進行精度檢驗,不僅可以確定工件的加工質量是否能滿足設計或使用上的要求, 而且可以發(fā)現影響加工質量的關鍵所在,以便在誤差分析的基礎上采取有效措施以提高加工質量。 CA6140主軸錐孔加工的質量分析CA6140機床主軸的錐孔對支承軸頸的徑向跳動,是機床的主要精度指標之一,它主要和定位基準面的選擇有關。 機床主軸錐孔加工中的一個突出的質量問題是加工出的錐面接觸精度不高,因而影響工具錐柄的鎖緊和頂尖的定位精度。其原因:⑴素線不直一種情況是兩端成喇叭口。產生這種誤差的原因,主要是砂輪在孔的兩端伸出距離太長(一般不應超過砂輪寬度的1/3)。由于砂輪相對于工件作縱向進給運動,當磨桿剛度差時,在Py力作用下,磨桿會彎曲變形而讓刀,此時磨出的孔徑比理論值?。坏拜喸阱F孔兩端位置磨削時,由于接觸面積減?。ㄉ拜唽挾扔?/3或更多未參與磨削),砂輪軸的彈性變形有所恢復而多磨去一些,使兩端孔徑逐漸變大而形成喇叭口。此外工作臺在換向時的短暫停留,使兩端磨削時間增多,使工件內孔兩端多磨掉一些金屬,也會形成喇叭口。另一種情況是錐孔母線呈雙曲線形狀,產生這種誤差的原因是砂輪的旋轉軸線和工件旋轉軸線不等高。不等值h不論高于或低于工件軸心線都會造成雙曲線形狀誤差。H值越大,誤差也越大。在實際生產中夾具前后支承沒有調整到使工件軸線和砂輪軸線在等高平面內時,就會產生這種情況。圖81雙曲線誤差要證明這種誤差是雙曲線形狀,可參看圖81。我們知道,錐孔與通過其軸心線(x軸)的平面相截的交線是兩條直線(母線)。在主軸錐孔專用磨床上磨削錐孔時,工件軸線相對于砂輪軸線要偏轉一個等于工件圓錐斜角α的角度,并保持與錐孔軸線在同一水平面內(圖中虛線所示為正確位置),設錐孔小端半徑為R1,大端半徑為R2,砂輪外圓與錐孔母線接觸點沿縱向進給方向上的移動軌跡應當是一條直線,其方程為: y=(tgα)χ+R1=χ/K+R1 (81) 其中 K=1/tgα當砂輪中心高出工件軸線h時,將使磨削深度比原來的深一些。另外,砂輪中心提高的h,雖然在整個縱向進給行程上一直保持不變,但砂輪外圓與內錐孔的接觸點并不能保持在同一水平面內,而是隨著錐孔半徑的變化而變化。設圖中所示的M點為砂輪在任意縱向位置χ處與內錐孔的瞬時接觸點,P和M的坐標分別為(x、y),(X、Y),χ=X0因為P(x、y)點在直線y=χ/K+R1上,而M點是一個切點,它必然位于錐孔中心O1和砂輪中心C1的連線上(OCCM在同一截面上),故(O1MC1M)2 =(O1PO2P)2 +(C1C2)2 (82) 由于O1M=O1M′=Y,因此式82可列為: (Yr)2 =(yr)2 +h2 (83) 式中r為砂輪半徑。將式81代入83并以X代替χ(∵X=χ),整理后得 (Yr)2 / h2 –[X+K(R1r)] 2 / h2 K2 =1* (84) 這方程的圖形是以[K(R1r),r]為中心的雙曲線。因此,工件錐孔的母線呈雙曲線,而不是直線。這樣磨削出的工件內錐面將為旋轉雙曲面。所以工件安裝時,要保證工件中心與砂輪中心等高,根據要求。此外,機床導軌的直線度也會直接影響工件錐孔母線的直線度。⑵圓度誤差工件內孔出現圓度誤差,主要由于作為基準面的支承軸頸本身就有圓度誤差;或者是由于夾具的滑動軸承調整過松以及裝夾不正確等造成的。此外,如果工件與機床主軸不是浮動連接的話,則機床主軸軸頸的圓度誤差也將是影響因素之一。為了提高錐孔磨削加工精度,通常在工藝上采取的措施是:提高砂輪速度,選擇小直徑砂輪(使接觸面減小以避免燒傷),將砂輪長度改短并打圓角,選用60~80粒度和ZR1或ZR2中軟硬度的砂輪等,磨削用量也要選擇合適。工件已生產喇叭口誤差時,可以試用多次光磨行程來消除。為了保證錐孔質量,對內圓磨頭應有較高的要求,其徑向跳動對粗糙度有影響,㎜;軸向竄動對錐孔的接觸精度破壞極大,~㎜或以下;潤滑油不宜過多,以浸沒軸承1/3為限,否則主軸高速運轉時的阻尼增大,將使溫度升高,嚴重的熱變形可導致主軸彎曲;若采用巴氏合金滑動軸承,由于比較容易磨損,要注意油槽被磨損而影響油膜的形成,使回轉精度下降;軸承裝配間隙盡量要小,但以不引起發(fā)熱磨損為度;滾動軸承的外圈與殼體的配合常選用可K6的配合以獲得輕微的壓應力,這對保持機床精度有好處,但不宜取過盈值否則預應力增大,在轉動時會使皮帶受力端磨頭的溫度升高。在精密磨削中,常發(fā)現加工表面有著一些缺陷,這些缺陷在一般磨削中也同樣存在,只不過為粗糙表面所掩蓋,不十分暴露罷了,隨著精度的提高和表面粗糙度的減小,在精密磨削過程中,就相對地顯得突出起來。因此,分析這些缺陷及原因,對一般磨削也有指導意義。這些缺陷主要是:⑴表面波紋圖82直波形表面波紋或稱做多棱形或多角形,在外圓、內孔、平面、螺旋面和齒面的磨削過程中都會出現。如圖82所示,磨過的工件的橫截面周邊呈近似于正弦的波形。從工件的外表看去,可見一條條明暗交錯的條紋,明處為波峰暗處為波谷。表面波紋峰峰值是指相鄰波峰和波谷的半徑之差,其數值通過測量確定,評定時用平均峰峰值H平 。H平是指在同一橫剖面波紋曲線上五個最大峰峰值HHHHH5的算術平均值,即 H平=1/5(H1+H2+H3+H4+H5)波頻與長波的關系如下式: ?=πdn/60ι(Hz)式中:n——工件轉速(r/min); d——工件名義直徑(㎜); ι——波長(㎜)。ι=v/ ?。v為切削速度,?為刀尖相對加工表面振動的頻率。 表面波紋度目前尚無評定的標準,但其波紋是表面質量缺陷之一,嚴重時它會影響工件的精度,降低使用性能(如主軸頸出現表面波紋時油膜不容易形成,軸頸磨損加快,從而回轉精度)。產生表面波紋的原因主要是:①砂輪系統(tǒng)的動不平衡所引起的強迫振動,使工件外圓表面產生一種與檔輪轉速一致的低頻直波形。②工件砂輪頂尖系統(tǒng)的自激振動。當系統(tǒng)剛性差時,振幅就增大,產生的波幅也大。當縱、橫進給量增大,工件轉速提高,檔輪變鈍,砂輪磨粒較粗,砂輪硬度與工件材料不相適應等,都會使Py提高,導致工件和檔輪之間的摩磨擦力增加,而產生直波形。還有一種情況,工藝系統(tǒng)的自激振動也會使檔輪工作面磨損不均勻而形成直波形,其波長比工件直波形波長大V砂輪/V倍(V砂輪為砂輪線速度,V為工件線速度),其波頻與工件因自激振動而產生的直波形波頻一致。若不及時修整這有直波形缺陷的砂輪,而用它來加工工件也會使加工的工件表面出現直波形。當砂輪系統(tǒng)的動不平衡較嚴重,而在工件頂尖系統(tǒng)剛性較好的情況下,產生直波形產要原因是強迫振動;反之,自激振動則成為主要原因。因此防止直波紋形的措施,主要是消除或減小振動;其次是選用合適的磨削用量和合適的砂輪并及時修整。⑵螺旋形在工作表面上,
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