高精度轉向節(jié)銷的數控車削加工

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：2219

                                                                                          作者：馮培鋒 李穎新 富國華 
1 問題的提出

        如圖1所示為林德—廈門叉車有限公司靜壓傳動叉車中與轉向節(jié)配套使用的關鍵零件銷軸。該零件原在德國為外購件，在中國合資后要求國產化。該零件的加工有如下困難：(1)所用毛坯42CrMoS4調質棒料，其強度、硬度分別為1.2GPa和55HRC，屬于高強度、高硬度材料；(2)加工精度要求高，在銷軸的中間兩段上的加工精度要求為f33.33-0.013mm處于5～6級精度之間；(2)生產上要求一次車削完成加工，不加磨削工序。因此，為滿足上述加工要求，我們在工裝、設備和工藝上采取了一定的措施，并經過反復數控車削試驗得出了一個切實可行的加工方案，成功地實現了該零件的高精度批量數控車削加工。
                                                                          
                                                                                                      圖1 銷軸零件圖

2 工藝方案、工裝及設備

       工件在f33.33-0.013的兩部分外圓面上的加工精度要求較高，處于5～6級精度之間，加工較為困難，同時在f40n6、f33.33-0.013mm、f32t6mm等四個回轉面上同軸度要求為0.02mm。顯然，為保證同軸度并達到精度要求，必須采用一次裝夾完成車削加工。為此，零件左端帶弧面的內孔必須在精加工前完成加工。我們采用如圖2所示的裝置在數控車床上完成左端內孔及直徑為f39mm的一段外圓面的預車削加工。然后，工件兩端用頂尖定位并用液壓卡盤夾緊進行精車削加工(圖3)。由于打中心孔時不可避免地會造成中心孔偏心，因此為保證工件夾緊可靠，采用專用液壓動力補償卡盤。這種卡盤的每個卡爪在夾緊工件時的移動距離可以不相等，且均勻地向每個卡爪施加夾緊力，因而可以保證工件中心孔有偏心時夾緊可靠。
                                                                            
圖2 預車削加工工裝示意圖

                                          
                                                1.卡爪 2.工件 3.尾架活頂尖 4.死頂尖 5.液壓補償卡盤
                                                               圖3 精車削定位夾緊示意圖

   為達到f33.33-0.013mm兩處外圓面的加工精度，數控車床的定位精度和重復定位精度必須分別在±0.01mm和±0.003mm以下，同時由于工件的強度和硬度較高，切削力較大，車削中容易引起機床的振動，從而影響車削精度，為保證車削時的穩(wěn)定性及對工件有較大的夾緊力和尾架頂緊力，須選用較大規(guī)格的數控車床。我們選用了韓國大宇重工公司生產的PU-MA12-LB數控車床，其主要技術參數為：床身最大回轉直徑f570mm；主軸電動機最大功率26kW；轉速范圍20～2500r/min；定位精度，X方向±0.01mm，Z方向±0.02mm；重復定位精度，X方向±0.002mm，Z方向±0.003mm。

車削過程分粗車、半精車和精車。車削用刀片采用Sandik刀片：粗車用DNMG150608-PM 4025，半精車用VNMG160402-PF 4015，精車用TNMG160408-PF 5015。車削參數如表所示。

  車削速度(m/min) 走刀量(mm/r) 吃刀量(mm)
粗車 120                  0.35                             3.0
半粗車 160               0.20                        0.3
精車 160                  0.12                        0.05


3 保證零件加工精度的關鍵措施

          我們在車削中發(fā)現零件上加工精度要求較高兩處的尺寸波動較大，超差較為嚴重，不能保證高精度批量加工。為此，我們采取了以下措施：(1)每次正式車削前，使機床空運轉半小時左右，在機床整體達到熱平衡以后，再用3～4個報廢的工件試切削幾次，使刀尖的溫度場也近似達到正式切削時的溫度場。機床的空運行可以通過編制一個空循環(huán)程序來實現。(2)正式開始車削后，車削過程應連續(xù)，集中一批工件進行車削。因為，車削過程的中斷，即使保持機床空運轉，車削刀尖的溫度場也會發(fā)生變化，由于刀尖的熱脹冷縮效應而影響車削精度。我們的車削實踐證明，這種效應對f33.33-0.013mm等兩處的車削精度的影響非常顯著。(3)車削過程中，應連續(xù)檢測車削完工件的精度，根據工件車削完后尺寸變化的趨勢，適時修正、調整數控系統(tǒng)刀具補償參數中對應精車刀具的補償數值。

采用以上工藝方案、工裝、設備和刀具以及相應的措施，我們成功地實現了該零件的高精度批量數控車削加工并達到圖紙規(guī)定的精度要求。在車削過程中，僅有少數零件由于偶然因素的影響，其加工精度超出了圖紙的要求。如圖4所示是一批零件一次車削加工后，在一個直徑為f33.33-0.013mm外圓面上的誤差分布圖，其中虛線表示直徑的上下限值。從圖中可以看出，尺寸的誤差分布是比較好的。
                                                       
                                                                       圖4 f33.33-0.013mm外圓面上誤差分布圖

        采用這種加工方案，在保證該零件高精度批量加工的同時，減少了加工工序，提高了加工效率，而且還節(jié)省了外圓磨床的投資，因而降低了零件的加工成本。

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