大型内球面零件加工及其工艺装备设计

作者:xingyang                         时间：2010-12-02

轴承及轴承相关技术文章（轴承型号查询网提供） 关键字：轴承, 内球面零件的加工方法很多，可用数控立车、大型数控车、专用球车、仿型立车、普通卧式车床和普通镜床加工等。选择什么样的加工方法主要应根据工件的精度等级、加工批量、加工成本以及工厂现有设备等进行全面考虑。该零件内球面尺寸较大(S?1460H8) ，要求被加工零件的表面粗糙度在Ra3.2以下，形位公差值在IT7级精度以上。我们分析了该零件的形状、精度后，设计了一种能在普通立式车床上加工的内球面车削夹具，经生产使用证实，完全能满足图纸的技术要求，并取得比较满意的效果。 1 加工方法分析由于我厂没有数控车及专用球车、仿型车床等设备，所以只能考虑选用在普通铿床或普通车床上加工。 镗削 在镗床上加工，工件不动，主运动和进给运动都是刀具。主运动是平旋盘带动刀具的回转运动，进给运动是作直线运动的主轴。一般选用曲柄滑块机构作为夹具的工作机构，用主轴接头作为滑块，推动连杆A1B2，带动曲柄以O1为支点使装有刀具的曲柄另一端作摆动，整个机构再随平旋盘绕主轴轴线A1O1旋转，就能实现内球面的切削加工。该加工方法的优点是加工成本较低，操作较方便。缺点是刀具系统刚性差，由于采用曲柄滑块机构为夹具的工作机构，原动件滑块的运动必须经过中问构件连杆才能传到从动件曲柄，因而此工作机构具有较长的运动链，各构件的运动副的间隙将使机构产生较大的累积误差，所以加工精度相对较低。该方法适用于球面尺寸不大的零件加工。 车削 把夹具安装在普通车床尾座的的锥孔内，通过移动尾座使夹具定位零件与被加工零件接触，实现定位，然后锁紧尾座，当装置定位后，操纵溜板及刀架，使刀具体带动刀体绕定轴转动，主轴带动工件旋转，实现内球面的展成加工。该方法优点是操纵方便，结构简单，适用于小尺寸内球面的加工。 利用双柱立式车床的两个立刀架加工内球面，工件的旋转运动为主运动，一个刀架与一个刀具体的连接点为被加工零件的中心，另一刀架带动刀具体作圆弧摆动，两者的运动合成实现内球面的车削。该方法夹具设汁简单，传动链短，刀具体刚性好。适宜于大型内球面的切削加工。综合分析，由于我们所要加工的零件内球面尺寸很大，精度要求很高，所以采用双柱立式车床加工。该方法的关键是内球面车削夹具的设计。 2 内球面零件的车削夹具设计夹具的工作原理 它的工作原理是：右刀架12带动右刀杆架17向下移动，使刀杆与右刀杆架的连接中心位于被加工工件的球心时，通过工作台带动工件作水平方向回转运动及左刀架13带动刀杆作铅垂方向的圆弧运动，从而实现了工作的内球面车削。通过调整刀具的伸出长度及适宜的切削用量，便可达到图纸的精度要求。 夹具的结构特点 夹具的结构，它由右刀杆架17、左刀杆架14、支承体3、刀杆16、小轴8、车刀15以及小端盖5等组成。为保证刀杆16的回转运动精度及承受切削加工过程中产生的径向力，安装了一对向心球okb轴承，同时刀杆16与支承体3 之间装有滑动okb轴承，以保证刀杆可以很自如地在支承体3中滑动。当需停机测量时，可以很方便地将刀杆从左刀杆架中退出。此外，为了便于调整车刀的伸出长度，采用了微调车刀结构。 夹具设计中的有关技术问题 根据强度条件确定刀杆直径。刀杆的受力图，根据弯曲强度公式有 smax=Mmax/WZ式中：smax为最大弯曲正应力；Mmax为弯矩的最大值；WZ为抗弯截面模量；[s]为许用弯曲正应力。 对于圆形刀杆 WZ=pd332所以d≥?32pbp[s]式中 ：p为切削力；b为悬臂长度。 根据强度条件确定的刀杆直径校核刀杆的刚度刀杆截面的惯性矩为 I=pd464AB段的弯矩 M=pbx1 0≤x1≤aaBC段的弯矩 M=pbx2-pl(x2-a) a≤x2≤laa挠曲线的微分方程为： EIq=∫Mdx+C1 EIf=∫[∫Mdx]dx+C1x+C2 根据边界条件分别解微分方程使 qmax≤[q];fmax≤[f]式中：qmax和fmax为刀杆的最大转角和最大挠度；[q]和[f]则为规定的许可转角和挠度。 若不满足设计中所要求的刚度条件，则需重新确定刀杆直径。微调车刀结构采用差动螺旋机构，螺杆转动f角时，车刀移动的距离为： s=(tA-tB)f2p式中：tA，tB为双头螺杆的螺矩。夹具的使用和调整 首先应找正定心。需调整工件与刀杆回转中心的相对位置，以保证其内球面中心与刀杆的回转中。心相重合，使加工余量均匀一致，避免刀具的振颤。 切削时，工作台转数一般选40r/min左右，左刀架的走刀量不宜过大，以防止划伤工件表面，一般取粗加工走刀量在0.2mm/r左右，精加工走刀量取0.08mm/r左右。根据加工余量合理确定吃刀深度，一般粗加工吃刀深度为2 ～3mm，精加工时吃刀深度为0.5～1mm。 为提高刀杆的刚性，悬臂端b不宜过长。3 结论经过小批量试生产，采用该夹具车削内球面有以下优点： 精度高。由于刀杆悬臂端缩短，使刀杆的刚性大大提高，强度条件明显改善，因而可提高零件的加工精度。此夹具特别适合大尺寸内球面的切削加工。 操作和测量方便。操作时只需找正定心，选取适宜的切削用量便可进行切削加工。测量时，只需将左刀杆架升起，使刀杆离开工件即可测量，明显提高了劳动生产率。 通用性强。只需更换刀杆16，便可加工相近尺寸的内球面。【MechNet】

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