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机械加工

车精密长螺杆的巧妙方法!

时间:2017-03-16 15:09:02   作者:王俊峰 李凯 南浩涛   来源:《金属加工》(冷加工)2015年第24期48-49页   阅读:124   评论:0
1. 工艺分析

  螺杆如图1所示,在加工过程中首先考虑工件的材料和长径比,然后考虑夹具、刀具等因素对加工产生的影响。

  螺杆结构如图1所示,该零件为某模块的核心零件之一,材料为3Cr13,其制造精度直接影响到模块功能的实现。该零件存在以下加工难点: 

  ① 零件外圆在φ 12mm以下,杆长256mm,长径比>21,刚性差、容易变形。

  ② 外圆φ 8 f 7 ( -0.013-0.028 ) m m 、φ 10k7(+0.016+0.001)mm,尺寸精度要求高。

  ③外圆φ 8f7(-0.013-0.028)mm、φ 10k7(+0.016+0.001 )mm之间同轴度要求高(0.015mm)。

  ④螺杆螺纹为M12×0.5-5h4h-L,螺距小,螺纹有效长度L=222mm,加工中刀具每一次走刀切削时间长、刀尖磨损大。

  ⑤螺纹直线度要求在0.01mm内,增加了装夹及加工难度。

车精密长螺杆的巧妙方法! 图 1 

2. 加工难点分析

  对于如图1所示细长螺杆来说,外圆尺寸精度采用磨削达到精度要求,本文主要讲述车削加工螺纹中的难点,影响车削加工的因素主要有以下几个方面:

  ①毛坯刚性,长径比>21,刚性差, 容易变形。

  ②半成品本身存在形状误差和位置误差,易在精加工过程中形成误差复映。

  ③装夹时产生的弹性变形、螺纹尺寸、形位精度和表面粗糙度都不易控制。

  ④加工切削过程中受切削力影响,使工件产生变形(刚性差),其中包括热变形和残余应力。

  由于以上原因,在首次加工的过程中没有达到图样和工艺要求,其中图样要求螺杆与螺套的配合间隙在0.008mm以内(螺杆与螺套为精密微调螺纹),即在整个螺纹旋合长度上都要求间隙保证在0.008mm以内,还要保持螺母的旋合顺利及全长旋合长度的间隙一致,所以在加工过程中要充分考虑夹具、刀具、冷却、切削用量和切削速度对加工产生的影响。

3. 解决方法

  在现有加工条件下,根据零件特征主要考虑从以下几点着手解决问题:

  (1)装夹。采用一夹一顶装夹方式,顶尖顶紧力调整在5~8kg,用一小木棒作辅助支撑,手拿小木棒,在螺纹车削时,木棒扶在螺纹刀对面工件的另一侧,以抵消刀具的抗力,但由于人工辅助无法保持支撑力度的大小和均衡性,导致加工出的产品前后锥度较大,加工中刀具振动产生的波纹较大,表面质量差,达不到图样要求,而且刀具磨损速度加快;加之本车间数控机床没有中心架和跟刀架,只有考虑别的办法。

  后采用磁力表架安装其他材料作为辅助支撑,由于螺杆为细牙螺纹,加工中辅助材料与工件磨损大,导致螺纹外径减小超差;因此改用聚四氟乙烯棒作为辅助支撑,聚四氟乙烯安装在磁力表架上,将磁力表架吸在刀塔上,聚四氟乙烯棒顶在与刀尖对称的工件表面位置,紧固磁力表架如图2所示,当刀塔移动时聚四氟乙烯支撑棒跟着移动,如此可在整个加工行程中保持均衡的辅助力,消除了加工中刀具的抗力,加工中无振动现象,加工出的零件圆柱度保持在0.005mm以内。

车精密长螺杆的巧妙方法!

图2 装夹方式三维实体

  (2)刀具。刀具要求既要有很好的耐磨性,又要保持锋利,排屑顺畅,防止切屑缠绕。刀片选用CVD涂层刀片,排屑顺利,表面质量好。

  (3)切削用量。控制最小切削用量在0.02mm/r左右,转速500~1 200r/min效果不理想,转速太低,工件成腰鼓形,转速太高,振动大,刀具磨损太快,耐磨性差,工件外径尺寸易产生锥度,影响产品质量和表面粗糙度。改用分层切削方法,减小切削力,提高转速,在1500~2200r/mm效果较好,产品几何精度和尺寸精度得以保证。

  (4)冷却润滑。初始加工时用水冷却及普通乳化液冷却润滑,效果都不理想,加工后螺纹毛刺大,表面粗糙度值高。后改用自己调制的切削液(煤油+菜籽油+猪油)冷却润滑,既有很好的渗透性、冷却性,也有很好的润滑性,加工后零件表面粗糙度值达到Ra=1.6μm。

  经过综合考虑以上几点,进行了多次切削试验,最终总结出较好的加工方法,保证了产品质量。

4. 注意事项

  根据细长螺杆的加工方法总结出以下几点:

  ①合理的工艺路线。

  ②合理的切削用量和加工方法。

  ③合理运用切削液和润滑剂。

  ④合理选用装夹方法。

  ⑤刀具悬伸尽量短,增强刀具刚性。

  ⑥装夹牢靠稳定,防止振动。

5. 结语

  在细长螺杆的加工中,采用了独特的加工方法,得到了很多经验。根据零件结构特征和尺寸精度要求,反复调整切削参数、装夹方法及选用合适的冷却润滑剂,最终满足图样要求,零件表面质量很好,合格率高,保证了产品质量。总结出了一些加工经验,为后批生产奠定了基础。


标签:车精密长螺杆 

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