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装配式小直径推刀的设计和应用 |
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作者：重庆市机电设计研究院 胡荣恒 |
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在变速器产业化生产中，为保证加工质量，提高生产效率，同时利用我院现有的液压机，我们采用了推削加工工艺加工图1、图2两种工件，获得了较好的加工效果．但由于工件被加工尺寸较小而加工余量较大，故原有整体式推刀的制造成本较高且刀具使用寿命较短(500次左右)。经过改进设计采用了装配式推刀后，很好地解决了这个问题。现以图2的方孔加工装配推刀为例，介绍如下：  
图1 图2
1 推刀设计计算的一般步骤
由于推刀在使用过程中存在着压杆稳定问题，所以推刀设计区别拉刀设计，也就存在着一个长径比校验的问题。推刀的设计计算步骤为：
1) 推孔工艺的确定
推孔工艺除正确选择推削速度、刀齿的切削前后角外还包括两个重要参数，即预制孔直径和推削长度的合理选取。由于被加工方孔的尺寸和表面精度较高，且推削加工后不允许残留预制孔痕迹的限制，所以预制孔直径D0应略小于方孔边距0.3mm～0.5mm。预制孔直径的选取实际上确定了推削加工的余量。
推削长度Lg的确定：从提高生产效率的角度出发，希望一次推削的长度越长越工好，但如果推削长度过大，又会造成推削过程中切屑过多而容屑困难。所以确定推削长度为25mm。即三个工件的厚度加上两次切断刀位的厚度。
2) 刀具主要参数的选取
齿升量Sz:对于拉刀，应选取较小的齿升量以获得较小的切削负荷，延长刀具的使用寿命;但对于推刀，为减短推刀长度以提高推削的稳定性，应在满足强度的前提下尽量选取最大的齿升量。并分段增加齿升量。即因在方孔渐成式推削加工中推刀刀齿以其齿角切割金属，其切削刃的宽度随加工过程由大变小，为使各刀齿的切削负荷均匀，应采取逐齿增大齿升量的办法，但在实际的设计中，采用了分为四段逐渐增加齿升量的办法以降低设计和制造难度，其各分段间齿升量增大的幅度视工件材料和被加工尺寸的大小而合理选择。即：某一段刀齿的齿升量等于分段系数与第一段刀齿的齿升量的乘积。
齿距t:齿距选取越小，在缩短了推刀长度的同时，相对于同样的推削长度，其同时工作齿数也就越多，切削过程也越平稳，工件表面质量也越高；但齿距选取过小，又会使容屑困难，在推削过程中造成推刀卡死甚至折断。通常取t=(1.25～1.5)Lg½。
容屑槽设计：容屑槽的设计是进行强度校验的前提。即使是针对同一种特定的工件材料，也存在着对应不同齿升量的不同的最小容屑系数Kmin。在进行容屑计算中，应使容屑系数K大于最小容屑系数Kmin以保证足够的容屑空间后，就可以确定刀齿其它的，尺寸，如容屑槽的深度h、后刀面宽度C、齿背角η、槽底半径r等。即：K=(πh2/4)/(Szlg)>Kmin。
当然，为使切屑易于卷曲和便于从容屑槽中排出，容屑设计的内容还包括在刀齿上正确开设分屑槽的步骤。
3) 长径比检验和强度校核
强度校核决定了推刀使用的可行性和耐用度，在强度校核超标后，应重新确定推削长度、齿升量、齿距等参数。值得注意的是，在装配式推(拉)刀的设计中，应同时校核刀齿和主轴的强度。
如前所述，推削过程中推刀受压，为避免其纵向弯曲而失稳，其长度应较拉刀短，即长径比不能超过10～12。同样，如果设计中计算出推刀长度过大，也应重新确定推削刀齿放大长度，并重新设计齿升量、齿距等刀具参数。
2 装配式推刀的结构设计
装配式推刀的结构如图3所示。
图3
在结构设计中，为保证刀齿失效换上备用刀齿后，各刀齿和前、后导向部相对于刀具轴心线的径向跳动公差值，我们在前、后导向部及主轴上设计了一个较高配合精度的定位止口，解决了螺纹联接不能定心的问题。同时在保证各刀齿的周向定位误差问题上，针对小直径推刀结构上的困难，为保证刀齿及主轴的强度，我们选择了扁主轴以代替平键定位，而各刀齿上的扁圆孔均由线切割加工以保证其配合精度。
在实际推削加工过程中，我们采用了如图4所示的强制导向装置，以导柱与导套的配合保证推刀轴线与液压机工作台(即零件端面)的垂直度，避免推刀倾斜造成受力不均而折断。
图4
3 采用装配式推刀的优点
表面看，由于装配式推刀结构较复杂，刀具制造的一次性投入较整体式推刀高，但由于存在如下三个方面的优越性，工件的刀具平摊费用却极大地降低了：
1) 刀齿的可换性，即当某个刀齿失效后可以较方便地换上备用的同样刀齿。
2) 由于刀齿的可换，在刀齿尽量取得最大齿升量的同时，还在设计中适当减少了精切齿和校准齿的个数(整体式推刀则必须保留足够的精切齿和校准齿作为刀齿失效后的备用齿，以延长刀具使用寿命)，从而缩短了刀具长度，减少了推刀因推削失稳而折断的危险性。
3) 更重要的是，对刀具制造机床的选择条件降低了。整体式推(拉)刀必须在专用的拉刀磨床上磨制加工，而装配式推刀刀齿则可以在普通的工具磨床上完成加工，这也同时为制造出较大数量的备用刀齿提供了可行的条件。(end)
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(11/28/2006) |
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