厚壁軸類零件兩端面同時倒角振刀的控制措施

□ 孫偉剛

昆山領燦精密機械有限公司 江蘇昆山 215314

1 工藝現狀

對于大批量生產兩端面需要同時倒角的厚壁軸類零件,普遍的做法是由普通車床或數控車床加工,存在生產效率低,無法滿足產量要求,工人勞動強度大的問題。廠家購買多臺設備,招聘更多工人,雖然可以滿足產量要求,但是增加了成本,不利于廠家良性循環發展。對此,開發了全自動厚壁軸類零件兩端面同時倒角設備進行加工,但是存在振刀的不穩定性情況。

2 控制措施

全自動厚壁軸類零件兩端面同時倒角設備如圖1所示。為克服厚壁軸類零件兩端面同時倒角存在的振刀問題,采取三方面控制措施:

(1) 進刀油缸采用進油節流方式,油路中使用電子緩沖閥,以精準控制進刀速度;

(2) 精確計算車削所需電機功率及輸出軸轉速;

(3) 對刀架基于SolidWorks Simulation有限元仿真軟件進行受力分析,優化刀架尺寸。

3 進刀速度控制

液壓節流方式一般分為進油節流和回油節流兩

種。在倒角過程中,需要保持進刀速度的穩定性。進油節流能夠精準控制進刀方向的液壓流量,進而精準控制進刀速度。回油節流依靠背壓,在倒角過程中,隨著車削深度的增大,切削阻力越來越大,使進刀速度不穩定,易產生振刀。由以上分析可見,采用進油節流較為合適。

進刀分為空行程快速進刀和車削時慢速進刀。空行程時,進刀速度需要快一些。在車削過程中,進刀速度需要進行合理控制,如果過快,容易導致撞刀,即刀片打崩。對此,搭配使用電子緩沖閥。在車削過程中,電子緩沖閥能夠合理控制進刀速度,進而提高車削過程的穩定性。

4 電機功率與輸出軸轉速計算

車削所需電機功率Ne計算式為:

Ne=ApFVcKs/(η×60×1 000)

(1)

式中:Ap為切削深度,5 mm;F為進給量,0.15 mm/r;Vc為切削速度,110 m/min;Ks為比切削力,加工材質為中碳鋼,查表取1 980 N/mm2;η為電機效率,0.8。

將參數代入式(1),計算得電機功率為3.4 kW,由此選擇4 kW四極三相異步電機。

根據實際應用經驗,電機轉速需控制在720 r/min左右,因此采用1∶2速比傳動,由變頻器控制,能夠調節轉速,防止轉速過高產生振刀現象。

5 受力分析

對刀架進行有限元受力分析,設置材料為P20合金鋼,負載為20 000 N。模型類型設置為線性彈性同向性模型,刀架底面安裝面設置為夾具固定面。刀架材料屬性見表1。基于計算得到位移云圖優化刀架尺寸,得到最優結果,使刀架強度足夠,有效避免振刀。

表1 刀架材料屬性

選用標準網格進行網格劃分,節點總數為14 843,單元總數為9 268。刀架網格劃分模型如圖2所示。

刀架位移云圖如圖3所示,最大變形量為0.085 mm,位于刀架最上方。這樣的變形在允許范圍內,可以認為刀架強度足夠,能夠避免振刀。

6 結束語

筆者對厚壁軸類零件兩端面同時倒角時產生的振刀現象進行分析,提出三方面控制措施。經實踐確認,控制措施有效,避免了振刀。