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          新聞資訊

          加工案例:起重機梯圓螺紋軸的車削加工

          作者:JZ Editor? ? ?時間:2020-12-01 15:30? ? ?已有 人瀏覽
          針對起重機梯圓螺紋軸的車削加工難題,從工件裝夾、刀具自制、切削參數和工藝方法等方面進行改進,用科學的制造工藝技術保證了產品的加工質量。
           
          某超大噸位起重機的超起部位采用標準梯圓螺紋軸聯接,主要用于起重機超起和副臂處的聯接,梯形螺紋規格為TY140×16。該種聯接方式具有強度高、承載力大及不易斷裂等優點,但受其結構形式限制,該工件不易裝夾, 螺紋加工難度大,導致該件加工周期長,生產難度大,廢品率高。因此需要對此工件加工方式進行研究,制定合理的加工方法,以提升產品質量,縮短生產周期,保證產品正常生產。
           
          1. 工件技術要求及加工難點
           
          (1)工件技術要求 工件的結構形式如圖1所示,軸外形尺寸為φ260mm×663 mm,質量87.81kg, 螺紋規格為TY140×16,螺紋具體形式如圖2所示。
           
          (2)加工工藝分析 該軸主要采用普通車床加工,具體工藝路線為:下料→ 銑端面打中心孔→粗車→粗銑→熱處理(調質)→精銑→精車→車螺紋→探傷→鍍鉻→檢驗入庫。由于毛坯直徑為260mm,而熱處理層只有35mm,所以粗銑之后再進行調質處理,粗銑之后夾持剛性變差,導致車削振動;若采用數控車床加工螺紋,宏程序空刀次數多,初步測算加工時間為12h/件,加工時間較長,且目前數控車床只配備液壓自定心卡盤,無法夾持其扁尾部分。
           
          (3)加工難點 ①工件為異形件,無法裝夾,需更改夾爪結構形式。②工件剛性差,需要增強工件裝夾剛性和優化切削參數。③無專用加工刀具,需自行設計制造非標刀具。
           
           
           
          圖紙
          螺紋具體形式

           
           
          2. 解決辦法
           
          針對以上難題,解決辦法有以下幾點。
           
          1)通過制定焊接連接或采用單動卡盤找正裝夾方式,解決異形件無法裝夾的問題。
           
          2)通過調整切削參數,增加支撐剛性,減少外圓、螺紋車削時的振動。
           
          3)通過自制左、右側粗車刀,牙底圓弧成形刀、牙頂圓弧成形刀,解決螺紋無法加工的難題。
           
          3. 解決方案
           
          (1)裝夾方案 根據起重機梯圓螺紋軸的特點,粗加工熱處理后,若在圓弧段焊接圓柱,采用一夾一頂的方案(見圖3),車出工藝臺階,調頭裝夾,待車削完成后,清除工藝臺階和焊縫。
           

           
           
          經過初步驗證,將類似工件拼焊后,使用刻磨機等手動工具清理焊縫,用時約40min,時間長,且容易破壞工件表面。
           
          考慮到過渡圓弧的長度,用單動卡盤裝夾(見圖4),需要增加夾爪長度50mm,通過在普通軟爪上焊接過渡爪的方式,制作加長夾爪,夾持扁尾處后,再加工起重機梯圓螺紋軸外圓。
           

          單動卡盤裝夾
           
          (2) 機床調整和振源規避 車削中減小振動,需要調整機床主軸滾動軸承間隙、中小滑板配合間隙,并降低主軸轉速,避開振源頻率,增加車削系統剛性。
           
          (3)梯圓螺紋車削及刀具設計 這部分按照下面幾個步驟進行。
           
          1)一夾一頂一支撐??紤]到螺紋車削時切削刃與工件接觸面較大,可在此處使用中心架支撐(見圖5),達到剛性支撐的目的。
           

          中心架支撐
           
          2)選擇螺紋開粗刀與加工路線規劃??紤]到切削效率,可采用4mm外圓槽刀進行螺紋開粗,受其螺旋升角影響,刀具后角易與工件干涉,所以需要選擇大后角的外圓槽刀,并且要在原有刀具的基礎上進行簡易改制,即在砂輪機上磨掉圖6所示部分,盡可能避免與工件發生干涉。
           
          螺紋開粗刀與加工路線規劃
           
           
          加工前, 需要將螺紋牙底圓弧切點通過繪圖軟件標出安全距離0.17mm,即直徑方向為0.2mm,并計算出槽刀開粗的最大切削深度。已知螺紋大徑實際尺寸A為139.9mm,螺紋牙高h為8.9mm,頂點距離槽切削刃的距離h1為0.82mm,使用4mm槽刀所加工最大切削深度h2為8.08mm,進刀底徑尺寸131.82mm。計算過程如下:最大切削深度h2=螺紋牙高h-頂點h1=8.9-0.82=8.08(mm)。進刀底徑尺寸=螺紋大徑實際尺寸A-切削深度h2=139.9-8.08=131.82(mm)。
           
          開粗時, 主軸轉速宜選為100~125r/min,防止主軸速度過高,未及時退刀造成刀具和工件發生碰撞。加工時,采用正反車直進法,由大至小、循序漸進切除相應余量,切入5mm以上時,要及時觀察刀具排屑情況。切削液以水溶液為主,可以及時帶走大量切削熱,減小刀具磨損。
           
          3)左、右側粗車刀具設計與進刀路線規劃。梯圓螺紋牙型兩側的車削刀具優先選擇高速鋼,考慮到刀具前角γo 影響切削力、切削溫度和效率,增大前角可以減小切削力,所以在保證車刀強度的前提下,盡量增大前角,一般取γo=5°~8°。
           
          為避免雙刃切削, 切削力過大會造成拉刀、扎刀現象,將左、右側粗車刀具設計為正反單刃刀,可以有效避免車削時因切削力過大造成拉刀、扎刀問題。
           
          通過測繪,已知牙底圓弧弦長6.84mm,左、右側刀具刀寬為1/2弦長,即3.42mm,實際尺寸略<3.42mm,先通過數控線切割將刀具切割成形(見圖7、圖8),再將刀具磨至3.1mm,并注意避讓螺旋升角。為減小刃磨量,可以將刀具頭部墊起5~7mm,再切除多余部位。
           

          數控線切割將刀具切割成形
          數控線切割將刀具切割成形
           
           
           
          粗車右側牙型,采用分兩層車削的工藝,即移動普通車床小滑板并配合直進法,依次遞進將右側殘余切除,便于精加工。
           
          粗車左側牙型,和上述方法一致。
           
          4)梯圓螺紋牙底成形刀的設計和加工路線規劃。梯圓螺紋牙底成形刀如圖9所示,需要先制作角度檢測樣板,便于刀具刃磨后的檢測,需要保證切削刃處的圓弧與圖樣標注的圓弧一致,前角采用γ =0°,使用線切割切削切削刃。
           

           
          該刀具對刀時, 可以先將刀具貼近螺紋牙底,使用肉眼觀測,配合機床小滑板將刀具移至中心位置,然后將刀具退出。加工時,采用直進法,可以逐次進給,反復操作將牙底圓弧余量切除。
           
          5)設計牙頂圓弧成形刀和加工路線規劃。牙頂圓弧成形刀如圖10所示,需要進行樣板制作。該刀具的圓弧要與牙頂圓弧一致,退刀槽為16mm,需要注意刀桿的整體寬度不能超過16mm,刀具過寬不利于安全退刀。切割成形的牙頂圓弧成形刀在刃磨前要先修整砂輪,保持砂輪無跳動;刃磨時,大拇指壓住前刀面, 以手腕為中心上下移動,利用砂輪直角將刃口刃磨至與樣板一致。
           

          牙頂圓弧成形刀
           
          考慮到還有圓弧弧頂直線部分,可以預先將螺紋軸的大徑車削至140mm,利用機床小滑板將刀具移至牙頂中間位置,按下機床開合螺母,再采用直進法將牙頂圓弧連同弧頂直線加工至設計要求。
           
          4. 梯圓螺紋軸加工試制
           
          通過對其加工工藝進行細致分析,制定加工方案,在試制中,有針對性地根據上述方案進行控制,以保證起重機梯圓螺紋軸試制的順利進行。
           
          (1) 臺階加工 先進行φ 150mm處余量檢測, 實測φ 153mm,余量3mm。按粗、半精及精加工先后順序分3刀進行, 粗加工切削參數為ap=0.5mm,f=0.35mm/r,v=150~165m/mi n;精加工切削參數為ap=0.25mm,f=0.18mm/r,v=125~135m/min,精車走兩刀便于控制尺寸,且表面質量也比較理想。
           
          (2)產品裝夾調試 在螺紋加工前,將中心架移至φ150mm處,校正后,在架口處滴入潤滑油,增加潤滑度,各支撐要用力適中,防止工件抱死??梢韵冗M行空車試驗,確認無誤后再進行端面車削和倒角加工,并修正中心孔。
           
          (3)梯圓螺紋加工 使用槽刀開粗時, 切削參數為ap=0.2mm,f=16mm/r,v=100~125m/min,逐漸遞減切削深度至安全尺寸。梯圓螺紋的牙型兩側車削三要素為:ap=0.3mm,f=16mm/r,v=75~87m/min。牙底圓弧與兩側面的精加工,需要根據不同工況及時調整切削參數,防止扎刀、啃刀現象。
           
          從以上兩方面考慮,切削速度應控制在一定范圍。切削參數為ap=0.05mm,f=16mm/r,v=75~85m/min,試切中出現微振,使產品存在較大的質量隱患,也對設備造成較大負擔,通過使用牙型檢測樣板,結合透光法檢測,發現圓弧底部還有余量。通過對精車切削參數進行多次調整,綜合分析后,將精加工切削參數修改為:ap=0.05mm,f=16mm/r,v=32~44m/min,車3刀,加工表面質量較為理想。螺紋頂部圓弧車削三要素為:ap=0.3mm,f=16mm/r,v=85~95m/min,切削深度由大到小遞減。
           
          (4)梯圓螺紋的檢測 通過樣板比對,使用梯圓螺母進行配合檢測,需要注意檢測時將尾座移至安全距離,工件未經檢測禁止拆下,螺母吊起后,只需手動轉動卡盤,旋入后,進行間隙檢測, 合格后取下工件(見圖11)。
           

           
           
          5. 結語
           
          起重機梯圓螺紋軸的剛性較差,車削螺紋時,切削受力過大,一般情況下很難保證該軸加工質量。本文通過對起重機梯圓螺紋軸車削加工的研究,采用中心架支撐,增加系統剛性,自制左、右側粗車刀具、梯圓螺紋牙底成形刀及牙頂圓弧成形刀等刀具解決螺紋加工難題。另外,采取合理規劃切削路線,選擇合理的切削參數等措施,保證了起重機梯圓螺紋軸的加工質量。

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