均勻變徑細長軸跟刀架設計

劉國威

(茂名市高級技工學校,廣東 茂名 525000)

均勻變徑細長軸跟刀架設計

劉國威

(茂名市高級技工學校,廣東 茂名 525000)

應用跟刀架技術對變徑細長軸在數控車床上加工,從夾具的定位、夾緊、均勻受力等方面進行設計,以及各齒輪間的嚙合、齒條與齒輪的間隙補償方法、緊固點與零件間的接觸進行討論,使該夾具在實習生產中證明能保證加工質量、生產穩(wěn)定、及降低技術人員操作要求,提高生產效率.

變徑;細長軸;跟刀架;一夾一頂

我們學校需加工圖1所示的變徑細長軸零件,從圖紙上面來看,兩端有鍵槽,整體式軸類零件產品,是作為機器設備中某一傳遞動力單元的零件.中間部分為一個240mmX28mm的橢圓,兩端各有一個鍵槽,槽兩端為兩個半徑為3mm的圓弧,槽寬為6mm,槽深為5mm,槽總長為26mm的鍵槽.(只做車削部分)變徑細長軸在設備中一般起到傳遞動力的作用,得知該變徑細長軸的轉速要求較高,在加工中,如何裝夾作為我們考慮的重點.

由于該零件加工數量小,但是加工難度比較高,我校的車床為普通數控車床,在裝夾零件時,通用一夾一頂的方式進行加工.但是在加工過程中,由于零件產品較長,毛坯較少(φ30mmX420mm)會導致零件由于過長彎曲情況出現,壓力過小,起不到支撐作用;壓力過大,會使零件變成"竹節(jié)"形狀.因此,為了能保證零件加工的尺寸精度和形位精度,專門設計一種專用跟刀架,可以使在加工中,變徑細長軸的每個點都能足夠的支撐力,直徑隨刀具的變化而變化,來幫助我們保證形位精度.

1 零件加工工藝分析

零件毛坯φ30mmX420mm,材料為45號鋼.根據工藝規(guī)程,軸兩端的鍵槽是后期加工,不在本次加工范圍內.φ16mm的直徑軸預先加工好,然后裝夾在機床上,零件采用一夾一頂的方式進行固定,跟刀架裝在φ16mm直徑面上,但不與φ16mm直徑面接觸,刀尖點與跟刀架接觸點稍稍向三爪卡盤位偏移5.1mm,刀尖加工φ22mm直徑面5mm后面,跟刀架與φ22mm直徑接觸實現輔助支撐.

2 變徑跟刀裝置的設計思路

利用現有的跟刀架,針對細長軸的加工存在的諸多困難和質量加工不穩(wěn)定問題,我們將其中之一的支撐點改良成刀具位,不僅起到支撐作用,還可以進行切削.

3 跟刀架整體設計

圖1

跟刀架對應的中心高度為CA6140標準高度,是我校現有數控車床,高度205mm.刀柄裝夾刀粒,刀柄裝夾在數控機床刀架座,將2個支撐桿放松拉起,將工件裝在跟刀架中心后,預緊支撐桿對零件的壓力.通過刀柄上的齒條帶動兩端齒輪,齒輪間的嚙合,帶動兩個支撐桿,調節(jié)零件直徑的變化,達到實時對零件各部位的壓力都是一樣.支撐桿部位后面加有彈簧,接觸點為軸承組合,主要起到由于齒輪間隙造成的誤差,有彈簧壓緊支撐桿,消除齒間的間隙,達到間隙補償的作用,并帶有微小彈性,減小支撐桿與零件接觸點的硬摩擦力,延長跟刀架支撐桿的使用壽命.

3.1 齒輪、齒條的設計

有6個齒輪與三個齒條互相嚙合,考慮到數控加工X方向的移動量比較小,整體尺寸在φ250mm,內齒輪的中心點在φ150mm的圓上,支撐桿以刀具水平為基準,角度取120度為分界線,定2個支撐桿.

3.1.1 齒輪設計

在齒輪方面,根據工作條件,漸開線齒廓曲線齒輪具有可分性和嚙合線為直線,并有很好的傳動性能,而且便于制造、安裝、測量、互換,保證穩(wěn)定的傳動比,結構比較簡單等優(yōu)點,已知6個齒輪選擇分度圓直徑φ64mm,齒輪與齒輪間的嚙合,需相同的模數和壓力角,才能達到正確嚙合條件.根據查表所得,跟刀架使用6個同樣模數、壓力角相同的齒輪,進行嚙合,保證齒輪的正確傳動.在傳動中,小模數齒輪將會運行平穩(wěn),瞬時傳動也比較大模數的齒輪要準,結構設計更緊湊,選擇小模數齒輪主要是降低齒輪間傳動間隙,保證傳動精度.

3.1.2 材料選擇

由于加工時,是采用中速,中載的環(huán)境,且齒輪輪齒較小,在加工中一定要保證齒輪輪齒的強度、硬度及塑性變形的綜合性能,齒輪材料選擇:齒輪選用45號鋼制造并經調質,表面硬度均應在56HRC以上硬齒面齒輪.

3.2 齒條設計

由于齒條齒廓是直線,壓力角都相等,等于齒廓的齒形角.根據齒輪齒條的嚙合特點,由于齒條在刀柄和支撐桿上下兩端,上下齒條一樣,保證齒輪和齒條的正確嚙合條件就是模數和壓力角相同,模數M=1,壓力角α=20°,齒條斷面形狀選取圓形,刀柄厚度為20mm,總厚度包含雙面齒條總高度.

3.3 彈簧

彈簧的主要作用是消除齒輪間的嚙合間隙.利用彈簧的彈力,來消除移動過程中所帶來的累積誤差,從而起到比較穩(wěn)定的支撐力,對零件加工有著重要的意義.

延彈簧軸線后方加裝一個螺栓,螺栓的主要作用就是對彈簧附加一個預緊力.由于加工的零件直徑不同,彈簧的預緊力也不同,為了能更好的使支撐桿對零件表面有個合理的壓力,調節(jié)螺栓可以達到我們所需要的預緊力.對控制精度、表面粗糙度、形位精度都有著很大的改善.

彈簧的選取.彈簧的設計中,旋繞比(彈簧指數)C是重要參數.考慮到彈簧的強度、硬度等參數,才能保證設備的正常工作,保證不會出現塑性變形,在選取彈簧參數時要注意旋繞比,彈簧指數、剛度、硬度,彈簧內外側的應力.

3.4 軸承

采用環(huán)套軸承的方式,變滑動型摩擦為滾動型摩擦.以滾動接觸替代滑動接觸可減小摩擦的相關阻力.在工件高速旋轉時,滾動軸承與工件一同旋轉運動,將滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦,降低摩擦系數,減小摩擦阻力,同時減少了磨損,對工件的損害也較小,增加產品的合格率,同時解決了支撐爪的磨損問題.每個接觸點采用一個軸承,(單軸承根據加工產品的要求,加工參數的選擇)外環(huán)安裝軸套,增大接觸面積,可對工件產生足夠的作用壓力,保證車削時的精度要求.

3.4.1 軸承的選擇

軸承的材料主要因為跟刀架,主要起到支撐的作用,受力均勻且輕載,故選取以碳素鋼制造的軸承.軸承一般都是標準件,在選擇時主要注意合理性和實用性.由于軸承與軸套配合,同時承受著徑向力載荷和軸向載荷.根據以上條件,深溝球軸承主要能力就是承受徑向載荷,也可同時承受較小的軸向載荷.如果深溝球軸承同時具有較大的徑向游隙時,也可以認定為與角接觸軸承同性能,可承受較大的軸向載荷 ,利用深溝球軸承小摩擦系數,轉速上限高.所以選擇深溝球軸承.

3.4.2 軸承的規(guī)格

根據以上要求,結合跟刀架自身尺寸限定,選取軸承.查得深溝球軸承 619/5-Z 比較符合這款跟刀架的整體設計,在尺寸規(guī)格上都能滿足要求.

4 結語

設計跟刀架,彌補了細長軸在加工中出現的剛性較差,在切削力、重力等作用下,易產生彎曲和振動所導致的加工精度無法達到要求,我們通過實踐證明,采用跟刀架在加工變徑細長軸時,由于跟刀架支撐點在加工點的切面上,始終支撐加工點,穩(wěn)定切削力和吃刀量,保持工件旋轉精度的穩(wěn)定性,零件加工表面粗糙度有了穩(wěn)定的切削過程,RA出現明顯的改善,尺寸精度可以達到要求,產品合格率有了大幅的提升.設計該跟刀架使生產效率和質量有所提高,滿足了產品的要求,如表1.

表1 使用跟刀架加工前后情況記錄表

[1]李昌年.機床夾具設計與制造[M].機械工業(yè)出版社,2012,12.

[2] 楊柯楨.機械設計基礎(第五版)[M].高等教育出版社,2006,5.

TJ810.376

A

1671-0711(2017)11(上)-0110-02