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车床/数控车床 |
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高精度转向节销的数控车削加工 |
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作者：集美大学 冯培锋 李颖新 富国华 |
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1 问题的提出
如图1所示为林德—厦门叉车有限公司静压传动叉车中与转向节配套使用的关键零件销轴。该零件原在德国为外购件，在中国合资后要求国产化。该零件的加工有如下困难：(1)所用毛坯42CrMoS4调质棒料，其强度、硬度分别为1.2GPa和55HRC，属于高强度、高硬度材料；(2)加工精度要求高，在销轴的中间两段上的加工精度要求为f33.33-0.013mm处于5～6级精度之间；(2)生产上要求一次车削完成加工，不加磨削工序。因此，为满足上述加工要求，我们在工装、设备和工艺上采取了一定的措施，并经过反复数控车削试验得出了一个切实可行的加工方案，成功地实现了该零件的高精度批量数控车削加工。
图1 销轴零件图
2 工艺方案、工装及设备
工件在f33.33-0.013的两部分外圆面上的加工精度要求较高，处于5～6级精度之间，加工较为困难，同时在f40n6、f33.33-0.013mm、f32t6mm等四个回转面上同轴度要求为0.02mm。显然，为保证同轴度并达到精度要求，必须采用一次装夹完成车削加工。为此，零件左端带弧面的内孔必须在精加工前完成加工。我们采用如图2所示的装置在数控车床上完成左端内孔及直径为f39mm的一段外圆面的预车削加工。然后，工件两端用顶尖定位并用液压卡盘夹紧进行精车削加工(图3)。由于打中心孔时不可避免地会造成中心孔偏心，因此为保证工件夹紧可靠，采用专用液压动力补偿卡盘。这种卡盘的每个卡爪在夹紧工件时的移动距离可以不相等，且均匀地向每个卡爪施加夹紧力，因而可以保证工件中心孔有偏心时夹紧可靠。
图2 预车削加工工装示意图
1.卡爪 2.工件 3.尾架活顶尖 4.死顶尖 5.液压补偿卡盘
图3 精车削定位夹紧示意图
为达到f33.33-0.013mm两处外圆面的加工精度，数控车床的定位精度和重复定位精度必须分别在±0.01mm和±0.003mm以下，同时由于工件的强度和硬度较高，切削力较大，车削中容易引起机床的振动，从而影响车削精度，为保证车削时的稳定性及对工件有较大的夹紧力和尾架顶紧力，须选用较大规格的数控车床。我们选用了韩国大宇重工公司生产的PU-MA12-LB数控车床，其主要技术参数为：床身最大回转直径f570mm；主轴电动机最大功率26kW；转速范围20～2500r/min；定位精度，X方向±0.01mm，Z方向±0.02mm；重复定位精度，X方向±0.002mm，Z方向±0.003mm。
车削过程分粗车、半精车和精车。车削用刀片采用Sandik刀片：粗车用DNMG150608-PM 4025，半精车用VNMG160402-PF 4015，精车用TNMG160408-PF 5015。车削参数如表所示。
| | 车削速度
(m/min) | 走刀量
(mm/r) | 吃刀量(mm) | | 粗车 | 120 | 0.35 | 3.0 | | 半粗车 | 160 | 0.20 | 0.3 | | 精车 | 160 | 0.12 | 0.05 |
3 保证零件加工精度的关键措施
我们在车削中发现零件上加工精度要求较高两处的尺寸波动较大，超差较为严重，不能保证高精度批量加工。为此，我们采取了以下措施：(1)每次正式车削前，使机床空运转半小时左右，在机床整体达到热平衡以后，再用3～4个报废的工件试切削几次，使刀尖的温度场也近似达到正式切削时的温度场。机床的空运行可以通过编制一个空循环程序来实现。(2)正式开始车削后，车削过程应连续，集中一批工件进行车削。因为，车削过程的中断，即使保持机床空运转，车削刀尖的温度场也会发生变化，由于刀尖的热胀冷缩效应而影响车削精度。我们的车削实践证明，这种效应对f33.33-0.013mm等两处的车削精度的影响非常显著。(3)车削过程中，应连续检测车削完工件的精度，根据工件车削完后尺寸变化的趋势，适时修正、调整数控系统刀具补偿参数中对应精车刀具的补偿数值。
采用以上工艺方案、工装、设备和刀具以及相应的措施，我们成功地实现了该零件的高精度批量数控车削加工并达到图纸规定的精度要求。在车削过程中，仅有少数零件由于偶然因素的影响，其加工精度超出了图纸的要求。如图4所示是一批零件一次车削加工后，在一个直径为f33.33-0.013mm外圆面上的误差分布图，其中虚线表示直径的上下限值。从图中可以看出，尺寸的误差分布是比较好的。
图4 f33.33-0.013mm外圆面上误差分布图
采用这种加工方案，在保证该零件高精度批量加工的同时，减少了加工工序，提高了加工效率，而且还节省了外圆磨床的投资，因而降低了零件的加工成本。(end)
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(6/13/2005) |
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