齒輪加工中強力噴丸

強力噴丸是提高齒輪齒部彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度的重要方法，是改善齒輪抗咬合能力、提高齒輪壽命的重要途徑。本文主要介紹齒輪加工中的強力噴丸工藝。

1、工作原理  

強力噴丸工藝主要是利用高速噴射的細小鋼丸在室溫下撞擊受噴工件表面，使工件表層材料產(chǎn)生彈塑性變形并呈現(xiàn)較高的殘余壓應力，從而提高工件表面強度及疲勞強度。噴丸一方面使零件表面發(fā)生彈性變形，同時也產(chǎn)生了大量孿晶和位錯，使材料表面發(fā)生加工強化。如圖1所示：

.    圖1-a   經(jīng)噴丸處理的零件表面    圖1-b 未經(jīng)噴丸處理的零件表面

噴丸對表面形貌和性能的影響主要表現(xiàn)在改變零件的表面硬度、表面粗糙度、抗應力腐蝕能力和零件的疲勞壽命。零件的材料表層在鋼丸束的沖擊下發(fā)生循環(huán)塑性變形。根據(jù)材料的性質(zhì)和狀態(tài)的不同，噴丸后材料的表層將發(fā)生以下變化：硬度變化、組織結構的變化、相轉(zhuǎn)變、表層殘余應力場的形成、表面粗糙度的變化等。

2、    噴丸強度的測量方法

當一塊金屬片接受鋼丸流的噴擊時會產(chǎn)生彎曲。飽和狀態(tài)和噴丸強度是噴丸加工工藝中的兩個重要概念。飽和狀態(tài)是指在同一條件下繼續(xù)噴擊而不再改變受噴區(qū)域機械特性時的狀態(tài)。所謂噴丸強度，就是通過打擊預制成一定規(guī)格的金屬片（即試片），在規(guī)定的時間使之達到飽和狀態(tài)的強弱程度，并用試片彎曲的弧高值來度量其噴擊的強弱程度。

目前，應用廣的美國機動車工程學會噴丸標準中采用阿爾曼提出的噴丸強化檢驗法——弧高度法，該方法由美國GM公司的J. O. Almen（阿爾門）提出，并由SAEJ442a和SAE443標準規(guī)定的測量方法，其要點是用一定規(guī)格的彈簧鋼試片通過檢測噴丸強化后的形狀變化來反映噴丸效果。對薄板試片進行單面噴丸時，由于表面層在彈丸作用下產(chǎn)生參與拉伸形變，所以薄板向噴丸面呈球面彎曲。通常在一定跨度距離上測量球面的弧高度值，用其來度量噴丸的強度。測定弧高度值是通過將阿爾門試片固定在專用夾具上，經(jīng)噴丸后，再取下試片，然后用阿爾門量規(guī)測量試片經(jīng)單面噴丸作用下產(chǎn)生的參與拉伸形變量（即弧高度值）。如用試片測得的弧高值為0.35mm時，記作0.35A。

噴丸強度的另一種檢驗方法為殘余應力檢測，即對經(jīng)強力噴丸后的工件進行殘余應力的檢測，具體的檢驗方法為X射線衍射法。在美國SAE J784a標準中推薦如下方法：X射線的入射和衍射束必須平行于齒輪的齒根，圓柱直齒輪和圓柱螺旋齒輪上的測量位置應當在齒根的寬度中央，照射區(qū)域必須集中在齒根圓角的中心，不能橫向延伸超出規(guī)定的齒根圓角表面深度的測量點，照射區(qū)域大小的控制可以通過對直光束和適當遮蓋齒根表面實現(xiàn)；在每個選定受檢的齒輪上，少要任選兩個齒進行評估，兩齒間隔180。如果齒的有效齒廓受到保護沒有研磨，則可以認為齒根研磨的用于表面下殘余應力測量的齒輪未受損壞并且可以用于生產(chǎn)。

3、    噴丸對提高零件疲勞抗力的作用

a．借助表面冷變形實現(xiàn)材料表面強化的本質(zhì)在于冷變形造成材料表層組織結構的變化、引入殘余壓應力以及表面形貌的變化。

b． 噴丸使材料表面性能改善

c． 強化噴丸過程中，當微小球形鋼丸高速撞擊受噴工件表面時，使工件表層材料產(chǎn)生彈、塑性變形，撞擊處因塑性形變而產(chǎn)生一壓坑，撞擊導致壓坑附近的表面材料發(fā)生徑向延伸。當越來越多的鋼丸撞擊到受噴工件表面時，工件表面越來越多的部分因吸收高速運動鋼丸的動能而產(chǎn)生塑性流變，使表面材料因塑性變化而產(chǎn)生的徑向延伸區(qū)域越來越大，發(fā)生塑性形變的表面逐步連接成片，則使工件表面逐步形成一層均勻的塑性變形層。塑性變形層形成后，繼續(xù)噴丸會使塑變層因繼續(xù)延伸而厚度逐步變薄，同時塑變層的徑向延伸會因受到鄰近區(qū)域的限制而導致重疊部分發(fā)生破壞，終塑變層因持續(xù)的噴丸而剝落。所以必須對噴丸的時間加以嚴格的控制。

4、噴丸對滲碳齒輪表層殘余應力的影響

關于噴丸使工件表面形成殘余應力的原因，根據(jù)Al-Obaid等人的觀點：當高速鋼丸撞擊到試樣表面,撞擊處產(chǎn)生塑性變形而殘余一壓坑,當越來越多的鋼丸撞擊到試樣表面時,則會在試樣表層產(chǎn)生一層均勻的塑變層,由于塑性變形層的體積膨脹會受到來自未塑性變形近鄰區(qū)域的限制,因此整個塑變層受到一壓應力。

由于殘余壓應力及其分布對齒輪疲勞壽命有較大的影響,而噴丸強化工藝的優(yōu)劣將直接影響殘余應力大小及其分布。因此準確測定受噴零件的表層殘余應力對于評價噴丸工藝的優(yōu)劣是一個行之有效的手段。

5、噴丸對零件表面粗糙度的影響

強化噴丸會引起零件受噴表面的塑性變形，使零件的表面粗糙度發(fā)生變化。表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，又稱為微觀不平度。表面粗糙度和表面波度、形狀誤差一樣，都屬于零件的幾何形狀誤差，表面粗糙度對于機器零件的使用性能有著重要的影響。噴丸對材料表面粗糙度的影響通常在Ra0.6～20mm范圍內(nèi)。在不改變工藝參數(shù)的條件下，材料原始表面粗糙度愈高，噴丸后的Ra值愈大。生產(chǎn)實踐證明，一般情況下，噴前表面粗糙度在6.3mm以下，噴丸可以提高或維持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，則噴丸后表面粗糙度有所降低。

在生產(chǎn)實踐中，要想獲得較理想的噴丸表面，應從以下幾個方面著手：

提供較好的原始表面，Ra值應在6.3mm以下；

選擇合理的鋼丸直徑和噴丸壓力；

在大直徑鋼丸噴丸強化后，采用較小鋼丸低壓力(不能改變噴丸強度值)覆蓋一次，可達到較好的表面粗糙度。

噴丸后的零件表面應輕微打磨，打磨時要控制表面金屬去除量。這樣，既不損害噴丸的強化效果，又可改善表面粗糙度。當然，這是一個多因素問題,不論采用什么方法，必須同時考慮其他因素的影響。

6 、工藝參數(shù)對噴丸效果的影響

對噴丸質(zhì)量有影響的主要有以下幾個方面：

鋼丸材料、鋼丸直徑、鋼丸速度、鋼丸流量、噴射角度、噴射距離、噴射時間、覆蓋率等。其中任何一個參數(shù)的變化都會不同程度地影響噴丸強化的效果。

a、鋼丸的材料、硬度、尺寸及粒度對噴丸效果的影響

鑄鐵丸和鑄鋼丸通常用于硬齒面齒輪的噴丸。鑄鐵丸的缺點是韌性較低，在噴丸過程中易于破碎、耗損量大，對破碎的鋼丸要及時分離，否則會影響受噴表面質(zhì)量。但鑄鐵丸的優(yōu)點是價格便宜、硬度高，可以使受噴表面產(chǎn)生較高的殘余壓應力。鑄鋼丸與鑄鐵丸相比，其優(yōu)點是不易破碎，對受噴表面幾何形貌有利。但鑄鋼丸硬度較鑄鐵丸低，在其他條件相同時，受噴表面的殘余壓應力低于鑄鐵丸。

齒輪制造工藝

1 齒輪資料的選取

齒輪資料的挑選是至關重要的環(huán)節(jié)，現(xiàn)在在通用普遍的齒輪才有以下幾種：

1.1 鋼

鋼的性質(zhì)耐沖擊、耐性好，外表經(jīng)過特定的熱處理后大大提升其的硬度，為適用制作齒輪的資料。

1.2 鍛鋼

合金鋼依據(jù)所含金屬的成分及功能，可分別使資料的耐性、耐沖擊、耐磨及抗膠合的功能等取得進步，也可經(jīng)過熱處理或化學熱處理改善資料的力學功能及進步齒面的硬度。所以對于既是高速、重載又要求尺度小、質(zhì)量小的航空用齒輪，就都用功能優(yōu)良的合金鋼來制作。

1.3 鑄鐵

鑄鋼耐磨性比較好，故用于大型的齒輪。

1.4 非金屬

非金屬資料能夠大大地降低齒輪傳動進程中的噪音，但缺點也比較明顯，耐磨性較差，只適用于部分傳動齒輪。

2 機械加工工藝

2.1 粗 / 精車

車削加工的本質(zhì)就是依照零件圖紙的尺度要求，在確保尺度質(zhì)量合格的情況下，確保切切削性、穩(wěn)定性、安全性。在進行精車加工的進程中，咱們有必要了解留意以下幾點：刀具的選取、切削途徑及參數(shù)的設定、產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 滾齒

滾切齒輪屬于展成法，可將看作無嚙合間 隙的齒輪與齒條傳動。當滾齒旋轉(zhuǎn)一周時，相當于齒條在法向移動一個刀齒，滾刀的接連傳動，猶如一根無限長的齒條在接連移動。當滾刀與滾齒坯間嚴格依照齒輪于齒條的傳動比強制嚙合傳動時，滾刀刀齒在一系列方位上的包絡線就形成了工件的漸開線齒形。隨著滾刀的筆直進給，即可滾切出所需的漸開線齒廓。

2.3 熱處理

熱處理是指資料在固態(tài)下，經(jīng)過加熱、保溫文冷卻的手段，以取得預期安排和功能的一種金屬熱加工工藝。

2.4 磨齒

利用磨齒機對齒輪的輪齒進行磨削加工的進程叫做磨齒。分為圓柱形齒輪的內(nèi)齒磨削和外齒磨削;圓柱斜齒輪的內(nèi)齒磨削和外齒磨削，以及傘齒輪的磨削。 磨齒機，是一種齒輪精加工用的金屬切削機床。用砂輪作為刀具來磨削現(xiàn)已加工出的齒輪齒面，用以進步齒輪精度和外表光潔度，這種加工辦法稱為“磨齒”。適用于精加工淬火后硬度較高的鋼料齒輪。是一種齒輪精加工用的金屬切削機床。用砂輪作為刀具來磨削現(xiàn)已加工出的齒輪齒面，用以進步齒輪精度和外表光潔度，這種加工辦法稱為“磨齒”。適用于精加工淬火后硬度較高的鋼料齒輪。

2.5 磨錐面/磨內(nèi)孔

經(jīng)過磨床進行外表或內(nèi)孔進行加工，也包括珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等設備。

2.6 安裝

安裝是一個漢語詞語，指將零件按規(guī)則的技能要求組裝起來，并經(jīng)過調(diào)試、查驗使之成為合格產(chǎn)品的進程，安裝始于安裝圖紙的規(guī)劃。.產(chǎn)品都是由若干個零件和部件組成的。依照規(guī)則的技能要求，將若干個零件接組成部件或?qū)⑷舾蓚€零件和部件接組成產(chǎn)品的勞動進程，稱為安裝。前者稱為部件安裝，后者稱為總安裝

3 工藝挑選

3.1 資料挑選

3.1.1 輕載、低速或中速、沖擊力小、精度較低的一般齒輪

選用中碳鋼,如Q235、Q275、40、45、50、50Mn等鋼制作,常用正火或調(diào)質(zhì)等熱處理制成軟齒面齒輪，正火硬度HBS160～200，一般調(diào)質(zhì)硬度HBS200～280。因硬度適中,精切齒廓可在熱處理后 進行,工藝簡單,成本低。齒面硬度不高則易于磨合,但承載才能也不高。這種齒輪主要用于規(guī)范系列減速箱齒輪、冶金機械、中載機械和機床中的一些次要齒輪。

3.1.2 中載、中速、接受必定沖擊載荷、運動較為平穩(wěn)的齒

選用中碳鋼或合金調(diào)質(zhì)鋼,如45、50Mn、40Cr、42SiMn等鋼,也可選用55Tid、60Tid等低淬透性鋼。其終究熱處理選用高頻或中頻淬火及低溫回火,制成硬齒面齒輪,可達齒面硬度HRC50～55,齒輪心部堅持正火或調(diào)質(zhì)狀況,具有較好的耐性。因為感應加熱外表淬火的齒輪變形小,若精度要求不高(如7級以下),可不用再磨齒。機床中絕大多數(shù)齒輪就是這種類型的齒輪。對外表硬化的齒輪,應留意控制硬化層深度及硬化層沿齒廓的合理散布。

3.1.3 重載、高速或中速,且受較大沖擊載荷的齒輪

選用低碳合金滲碳鋼或碳氮共滲鋼,如20Cr、20CrMnTi、20CrNi3、18Cr2Ni4WA、40Cr、30CrMnTi等鋼。其熱處理選用滲碳、淬火、低溫回火,齒輪外表取得HRC58～63的高硬度,因淬透性較高,齒輪心部有較高的強度和耐性。這種齒輪的外表耐磨性、抗皮勞強度和齒根的抗彎強度及心部抗沖擊才能都比外表淬火的齒輪高,,精度要求較高時,終一般要安排磨削。它適用于工作條件較為惡劣的轎車、拖拉機的變速箱和后橋齒輪。碳氮共滲與滲碳相比,熱處理變形小,生產(chǎn)周期短,力學功能高,而且還應用于中碳鋼或中碳合金鋼,所以許多齒輪可用碳氮共滲來替代滲碳工藝。內(nèi)燃機坦克、飛機上的變速齒輪的負載和工作條件比轎車的更重、更惡劣,要求資料的功能更高,應選用含合金元素高的合金滲碳鋼,以取得更高的強度和耐磨性。

3.1.4 精細傳動齒輪或磨齒有困難的硬齒面齒輪(如內(nèi)齒輪)

主要要求精度高,熱處理變形小,宜選用氮化鋼,如35CrMo、38CrMoAlA等鋼。熱處理選用調(diào)質(zhì)及氮化處理,氮化后齒面硬度高達HV850～1200(相當于HRC65～70),熱穩(wěn)定性好(在500～550℃仍能堅持高硬度),并有必定的抗蝕性。其缺點是硬化薄,不耐沖擊,故不適用于載荷頻頻變動的重載齒輪,而多用于載荷平穩(wěn)、光滑杰出的精細傳動齒輪或磨齒困難的內(nèi)齒輪。近年來,因為軟氮化和離子氮化工藝的開展,使工藝周期縮短,選用鋼種變寬,選用氮化處理的齒輪逐步廣泛。

3.2 車銑加工

3.2.1 車銑設備

數(shù)控車床是一種的加工設備，能夠?qū)X輪的軸向/徑向尺度進行粗加工與精加工.

3.2.2刀具類型

在進行數(shù)控車削的進程中，咱們需求有幾大要素需求掌握，刀具的挑選、工裝的承認、切削參數(shù)的設定。其間重要的環(huán)節(jié)就是刀具挑選。在挑選車削刀具的進程中需考慮刀具的原料、趕緊方法、刀桿形狀、刀片形狀、刀片后角、刀桿方向、內(nèi)切圓直徑、刀片切削刃長等。刀具類型一般取決于加工工件區(qū)域的不同，加工內(nèi)孔一般運用鏜孔刀。加工工件外圓尺度一般運用慣例外圓車刀;加工槽的進程中一般運用特種成型刀具。

3.2.3刀具裝夾

快速松開的趕緊方法能夠削減換刀時間，剛性趕緊的方法能夠削減振動、延常刀具壽命。

3.3 滾齒加工

滾齒設備是一種進行齒輪成型的設備，滾刀是加工進程中的重中之重，常用的加工外嚙合支撐和斜齒圓柱齒輪的刀具。加工時，滾刀相當于一個螺旋角很大的螺旋齒輪，其齒數(shù)即為滾刀的頭數(shù)，工件相當于另一個螺旋齒輪，互相依照一對螺旋齒輪空間嚙合，以固定的速比旋轉(zhuǎn)，由依次切削的各相鄰方位的刀齒齒形。刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)﹐齒輪繞自身軸線轉(zhuǎn)過一個齒﹔多頭滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)﹐齒輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)與滾刀頭數(shù)持平。值得說明的一點是用硬質(zhì)合金制作滾刀﹐能夠明顯進步切削速度和切齒效率。全體硬質(zhì)合金滾刀已在鐘表和儀器制作工業(yè)中廣泛地用于加工各種小模數(shù)齒輪.

3.4熱處理

對工件外表進行強化的金屬熱處理工藝。它廣泛用于既要求表層具有高的耐磨性、抗皮勞強度和較大的沖擊載荷，又要求全體具有杰出的塑性和耐性的零件，如曲軸、凸輪軸、傳動齒輪等。外表熱處理分為外表淬火和化學熱處理兩大類。

在批量加工如圖1所示的高溫合金球形軸承內(nèi)球面時，原編制工藝道路為：粗加工→去應力→精車內(nèi)球面→內(nèi)球面開安裝槽→探傷→查驗→油封。

為驗證工藝，實驗選用如圖2所示高速鋼尖刀（假定刀尖圓弧半徑為零），前角為0o，刃傾角為0o，調(diào)整刀尖與車床主軸反轉(zhuǎn)中心線等高，在新購精細數(shù)控車床上編程精車3件45鋼制內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm。

由于通用內(nèi)徑量具無法實施在線丈量內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm，所以在車床上選用改制專用測具（見圖3）檢測，直徑合格，經(jīng)三坐標丈量機復檢，直徑合格，球面概括度差錯為0.005mm（小于直徑公役一半），合格。

但將零件材料改為高溫合金GH605，刀具改為YW1硬質(zhì)合金尖刀后，用與高速鋼尖刀同樣的切削條件試車3件，經(jīng)三坐標查驗全部不合格，原因是球面概括度差錯為0.03～0.05mm，經(jīng)仔細觀察發(fā)現(xiàn)刀尖已磨損，且編程時沒有選用刀尖圓弧半徑補償程序。為此，改用如圖4所示SANDEVIK菱形可轉(zhuǎn)位機夾硬質(zhì)合金刀具VCMW070204加工，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，前角為0o，刃傾角為0o，調(diào)整刀尖與車床主軸中心線等高，選用刀尖圓弧半徑補償程序編程，加工了3件，經(jīng)三坐標丈量查驗，3件全部不合格，原因是球面概括度差錯為0.015～0.02mm。至此，證明原工藝是不現(xiàn)實的。為了、經(jīng)濟批量加工，改用了如下工藝道路：粗加工→去應力→精車內(nèi)球面→內(nèi)球面開裝配槽→用外球面形狀研磨具研磨內(nèi)球面達圖樣要求→探傷→查驗→油封。工藝改進后已成功加工出一批合格產(chǎn)品。

2.精車內(nèi)球面概括度超差問題

早在數(shù)控車床沒有普及的時代，用成型車刀精車之后再研磨的工藝辦法成功地加工出如圖5所示的球面上色量規(guī)（其技術要求是：環(huán)規(guī)按塞規(guī)上色修合，上色面積100%）?，F(xiàn)在數(shù)控車床替代了一般車床，數(shù)字程序替代了原來成型車刀，卻沒有加工出圖1所示的零件?，F(xiàn)剖析如下：

（1）精細球面加工工藝基礎。精細球面能夠看作是精細半圓（見圖6）繞經(jīng)過該半圓圓心的剖分線反轉(zhuǎn)一周構成的反轉(zhuǎn)體。

在一般車床上用圓弧構成型樣板刀加工時（見圖7），樣板刀圓弧半徑是所車球的半徑，樣板刀圓弧刃的圓心有必要準確調(diào)整到車床主軸反轉(zhuǎn)軸線上，且圓弧刃地點平面與車床主軸反轉(zhuǎn)中心線等高共面，才干車出精細圓球面。為了完成以上條件，照顧到加工對刀便利，通常調(diào)整圓弧樣板切削刃安裝高度，使圓弧刃地點平面與車床主軸反轉(zhuǎn)軸線等高（共面），再經(jīng)過車削丈量車出球面直徑，確保圓弧切削刃圓心坐落車床主軸反轉(zhuǎn)中心線上。

當圓弧刃地點平面與車床主軸反轉(zhuǎn)中心線共面但圓弧刃圓心與車床反轉(zhuǎn)中心間隔不為零時，車出的球面就不圓，而是橢球（見圖8）。

當圓弧刃平面平行于車床主軸反轉(zhuǎn)中心線，但高于或低于車床反轉(zhuǎn)軸線（即不共面）時，只要直徑大于所車球面的水平截面圓直徑，與圓弧刃構成的圓位置重合時，才有或許車成圓球，但此刻所車球面直徑已大于要求直徑（見圖9）。

當圓弧構成型切削刃或數(shù)控刀尖車出的軌道圓?。ㄒ韵潞喎Q母線圓弧）地點平面平行于車床主軸反轉(zhuǎn)中心線，但高于或低于車床主軸反轉(zhuǎn)中心線（以下簡稱車床軸線）時，即便母線圓弧半徑很準確且其圓心位置也準確坐落包括車床軸線的鉛垂面內(nèi)，假定圖樣要求球面半徑為R，母線圓弧地點平面與車床軸線間隔為H，則車出的球面半徑為（R2 H2）0.5mm，若為了確保球面半徑R持續(xù)進刀，則車成橢球（見圖10）。

總歸，有必要確保母線圓弧半徑和母線圓弧圓心準確調(diào)整到車床軸線上，且母線圓弧與車床軸線等高共面，才干車出預訂半徑的精細圓球，三者缺一不可。

（2）數(shù)控車床加工精細內(nèi)球面。首要調(diào)整車刀安裝高度使刀尖與數(shù)控車床軸線等高，當運用刀尖圓弧半徑為零（假定理想刀尖）的車刀編程時，使刀尖走過的圓弧軌道半徑等于球面半徑；當運用刀尖圓弧半徑不等于零的圓弧刀尖車刀加工時，運用刀尖圓弧半徑補償程序編程。對不具備刀尖圓弧半徑主動補償功用的經(jīng)濟型數(shù)控車床，假定圖樣要求球面半徑為R，刀尖圓弧半徑為rε，可選用刀尖圓弧圓心軌道編程，刀尖圓弧圓心編程半徑為（R－rε）。這樣切削球面時，圓弧切削刃逐點參加切削，母線圓弧半徑R相當于半徑為（R－rε）的圓等距rε后得出的（見圖11）。

當?shù)都馀c數(shù)控車床軸線不等高時，假如按母線圓弧圓心和車床軸線坐落同一鉛垂面準則進刀，在不考慮其他原因的狀況下車出的球面直徑差錯由公式（1）核算：

ΔR=(R2 H2)0.5－R （1）

式中，R為所車球面半徑，H為刀尖走過的母線圓弧平面高于或低于車床軸線的間隔。當R=19.15÷2＝9.575（mm），ΔR=0.013÷2=0.006 5（mm）。由公式（1）核算出H=0.35mm。也就是說，當?shù)都飧哂诨虻陀谲嚧草S線0.35mm時，車出的球面就超出公役帶。在批量生產(chǎn)高溫合金零件時，遍及運用可轉(zhuǎn)位不重磨機夾刀片，經(jīng)查閱SANDEVIK刀具手冊，精度等級為M的刀片厚度公役為±0.13mm，假定地一次將切削刃調(diào)整到與車床軸線等高，那么，當替換刀片時，如不調(diào)整刀尖高度，壞的狀況是刀尖與車床軸線間隔為0.26mm，其小于0.35mm，可見獨自由刀尖高度引起的球面差錯不會超出公役帶。

當?shù)都飧叨扰c車床軸線等高時，在不考慮機床進給空隙影響時，刀尖圓弧半徑差錯是影響球面加工的直接要素?？隙ǖ募獾妒遣淮嬖诘?，假定刀尖圓弧半徑為零的車刀耐用度很低，不適合批量加工高溫合金零件，選用刀尖圓弧半徑補償程序編程時，有必要輸入刀尖圓弧半徑數(shù)值，經(jīng)查閱SANDEVIK刀具手冊，仿形加工用圓弧切削刀具刀尖圓弧直徑2rε公役為±0.02mm。而SANDEVIK刀片VCMW070204，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，沒有給出公役，查國標GB2078—87，刀片VCMW070204刀尖圓弧半徑為rε=0.4±0.10mm，數(shù)控系統(tǒng)主動將理想刀尖圓弧半徑補償?shù)侥妇€圓弧加工中，刀尖圓弧半徑差錯以1﹕1倍率影響到加工球面半徑差錯。經(jīng)過作圖與理論核算，能夠算出，在圖1所示軸向長度14mm范圍內(nèi)，包括在公役為0.006 5mm圓度公役帶內(nèi)理想圓弧半徑為R=9.575±0.013 9mm，當不考慮其他要素影響，按刀尖圓弧圓心R=（9.575－0.4）mm編程時，刀尖圓弧半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm。由此可推理，尖刀加工，刀尖磨損后刀尖圓角半徑有必要是rε≤0.013 9mm才有或許車出符合公役要求的內(nèi)球面，當?shù)都饽p至rε＞0.013 9mm時，將車出Z向偏長的橢圓形球面；假如運用圓弧刀尖刀具加工，刀具半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm，而刀片VCMW070204的刀尖rε=0.4±0.10mm，不符合球面的精度加工要求?？梢?，獨自由刀尖圓弧半徑引起的球面加工直徑差錯已超出球形軸承內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm的加工要求，假如運用刀片VCMW070204加工，有必要精修刀尖圓弧半徑精度，使得rε＜0.013 9mm。

（3）進給絲杠螺母副空隙對加工球面的影響?，F(xiàn)代數(shù)控車床遍及選用滾珠絲杠螺母副作為伺服進給執(zhí)行元件，盡管滾珠絲杠螺母副進行了預緊，在受載及運轉(zhuǎn)中不可避免會發(fā)生回程空隙。在編程時有必要引起注意，避免回程空隙引起形位差錯。在加工圖4所示零件時，能夠選用一段程序從A點車到C點，但車刀在經(jīng)過B點時，X軸進給由正向轉(zhuǎn)換為反向，反向脈沖使絲杠反轉(zhuǎn)，消除空隙所需的反轉(zhuǎn)沒有使車刀得到應有的X反向進給，形成AB段與BC段形狀不對稱（見圖12），形成球面不圓。當回程空隙超越0.065mm時，車出的球面就超出

公役帶。因此，當車削精細球面時，假如車床回程空隙超越零件公役1/3，有必要編兩段程序，一段從A到B，另一段從C到B。這樣避免了圖12所示形狀差錯，但會發(fā)生如圖13所示由Z軸進給反向形成的形狀差錯，盡管左右是對稱的，但晦氣于球形研磨東西定心。

為此，在編程時選用積極補償?shù)霓k法，使圓弧AB段、CB段Z向各少進給0.005mm（沿X向少進給0.000 001 3mm），即便AB、CB兩端圓弧在B點相交，B點不再是圓的象限點，而是脫離象限點的圓上點，精車后橢球形狀如圖14所示。

合理選擇與數(shù)控機床匹配的刀具

數(shù)控車床是一種、率的主動化機床裝備多工位刀塔或動力刀塔，具有廣泛的加工工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等雜亂工件，具有直線插補、圓弧插補各種補償功用，并能在批量出產(chǎn)中發(fā)揮杰出的作用。它集通用性好的全能型車床、加工精度高的精密型車床和加工的專用型一般車床的特色于一身，能很好地滿意企業(yè)進步產(chǎn)品質(zhì)量、下降出產(chǎn)本錢、進步經(jīng)濟效益的要求。所以數(shù)控車床是國內(nèi)運用量蕞大、覆蓋面廣的一種機床。在數(shù)控車床加工中，產(chǎn)品質(zhì)量和勞動出產(chǎn)率在很大程度上遭到刀具的限制，盡管其車刀的切削原理與一般車床根本相同，可是如何依據(jù)加工零件的實際情況，合理選擇和運用與數(shù)控車床匹配的刀具，是充分發(fā)揮數(shù)控車床功用和優(yōu)勢、確保加工精度、進步勞動效率以及操控加工本錢的關鍵。

1.零件剖析

 客戶要求加工的產(chǎn)品是輪軸蓋（見圖1），外形A、B兩處現(xiàn)已加工好，內(nèi)孔粗加工至90mm，產(chǎn)品的精度要求不是很高，形狀也不太雜亂，但批量較大（每月8 000件）。材料為灰鑄鐵HT200，毛坯直徑150mm，長40mm。技能要求：未注倒角為1×45°，未注公役按GB/T

1804―2000中m級加工。設備是用廣州機床廠的GSK980T經(jīng)濟型數(shù)控車床，共6臺。

2.原加工中存在的問題

 原出產(chǎn)加工選用兩把焊接式合金車刀，分別進行粗車、精車外圓、端面、內(nèi)孔的加工。焊接式合金刀易磨損，一般適合于粗車，輪軸蓋零件用的材料是鑄鐵，表皮較硬，刀具易磨損。刃磨精度得不到確保，且占用時刻長，還會使被加工輪軸蓋零件的外表精度大大下降。換刀需求整刀換，添加了刀具本錢。GSK98T刀架不能按加工要求主動裝、卸刀，需求人工換刀。因定位銷釘受力不均勻等原因，螺紋也簡單損壞，并且是用兩把刀，精度得不到確保，費時較多。加工過程中需求頻頻旋轉(zhuǎn)刀架換刀，導致刀架很簡單磨損，定位精度出現(xiàn)差錯，還簡單出現(xiàn)毛?。ň鶆?天一臺）。機床廠的修理人員多次上門修理也不能處理問題，造成停產(chǎn)及修理費用添加。由于換刀后需從頭對刀、試車、調(diào)試的輔助時刻添加，且兩把刀加工、刀架主動換刀和空運行行程時刻也較長，對加工效率造成很大的影響。硬質(zhì)合金刀具參數(shù)

3.改善刀具的依據(jù)

 經(jīng)過剖析、研討刀具結構、工藝規(guī)劃、程序編寫等方面問題，以為本來所運用的刀具非常需求改善，具體考慮如下。

（1）選用標準化刀具，改為機夾可轉(zhuǎn)位車刀。由于輪軸蓋是批量出產(chǎn)，數(shù)控車刀應選用機夾可轉(zhuǎn)位車刀，原因在于：①精度高。確保刀片重復定位精度高，便利定位，確保刀尖方位精度，這樣刀尖磨損不需求換整刀而只需換刀片就行。②可靠性高。結構可靠的車刀，選用復合式夾緊結構以習慣刀架快速移動和換位以及整個主動切削過程中不會松動。迅速替換不同形式的切削部件，完結多種切削加工，進步出產(chǎn)效率。③刀具本錢低。由于是批量出產(chǎn)，且刀片可替換，盡管機夾刀可轉(zhuǎn)位刀片貴一些，但刀具的本錢不會添加，反而下降，并且更經(jīng)用。

 （2）優(yōu)化刀具結構。盡可能用少的刀具加工出工件上部分或大部分待加工外表，以減少裝夾差錯，進步加工外表的相互方位精度。在刀的結構上假如能把加工輪軸蓋的兩把刀合并成裝在“一把刀”把上進行加工，則①不旋轉(zhuǎn)刀架。只要“一把刀”在加工，那就不需求旋轉(zhuǎn)刀架，刀架就不會由于磨損而影響精度，更不會引發(fā)停產(chǎn)、修理等問題。②維護定位銷釘。“一把刀”定位只需求一組定位銷釘，并且假如用了標準化刀具，換刀只松、緊刀尖的定位螺絲，不必松、緊刀架的定位銷釘裝、拆刀桿，刀架的定位銷釘不會被損壞。

 （3）若將選用標準化刀具和優(yōu)化刀具結構合二為一，則不會存在占機時刻長的問題。由于：①選用標準化機夾可轉(zhuǎn)位刀具，當?shù)镀系囊粋€切削刃磨鈍后，其刀片的裝拆和轉(zhuǎn)位都很便利、快捷，不需刃磨即可用新的切削刃持續(xù)加工，還大大進步了刀桿的利用率。只需快速做簡單的對刀，編制程序時作恰當?shù)奶幚砭湍軌蛄?。②選用優(yōu)化刀具結構方案，兩個刀尖相隔必定比本來兩把刀刀尖的距離近，換刀和空運行的時刻大大縮短，再結合加工工藝、程序編寫，規(guī)劃短的空行、切削進給道路，可有用進步出產(chǎn)效率，下降刀具損耗。

4.改善后的刀具

 自己經(jīng)過以上剖析、研討，依據(jù)現(xiàn)有的認識和加工條件，從刀具結構的規(guī)劃、工藝處理、程序的編制等方面去處理了輪軸蓋零件加工中存在的問題，具體方法如下。

 （1）將兩把機加刀合為一把機夾刀。刀桿經(jīng)熱處理，用螺絲固定刀尖A、B，這樣“一把刀”相同能夠完結本來兩把刀的工作，并且裝、卸“一把刀”比本來兩把刀省時一半。

 （2）用改善后的刀具加工時無須轉(zhuǎn)化刀架，很好地處理了由于要頻頻旋轉(zhuǎn)刀架換刀所帶來的毛病和修理問題。

 （3）刀具磨損后只需求松開螺絲將不重磨刀片轉(zhuǎn)過恰當視點或替換，做簡單的刀補行程修正即可持續(xù)加工，大大進步了效率。

5.加工中的注意事項

 （1）將不重磨刀片A、B用螺絲固定在左、右兩邊，要確保兩刀片尖在同一平面上。

 （2）編寫程序時有必要要以A、B兩個刀尖為兩個獨立刀位點設兩組刀補（01、02），在轉(zhuǎn)化刀尖執(zhí)行時刀具要離開工件必定距離，避免刀具和工件發(fā)生碰撞。

 （3）刀具每班要轉(zhuǎn)動一次，以確保刀架的鎖緊力。

6.程序的編寫

 編寫的程序及說明如附表所示。

 程序內(nèi)容及說明

程序內(nèi)容 程序說明

O1212     程序名

G00x100Z100 定位到起刀點

T0101M3S200 調(diào)用地一組刀補A號刀尖

G00x150Z0

加工端面

G01X80F80

G00x150Z5 定位到（150，5）

G71U1R0.5 加工φ145mm外圓及倒角

G71P1Q2U0W0F100

N1G00x143

G01Z0

X145Z-1

Z-16

G00x100Z100T0101 回到起刀點取消地一組刀補

T0102M3S250     調(diào)用第二組刀補B號刀尖

G00x80Z5

G71U1R0.5     粗加工φ112mm與φ98mm內(nèi)孔與倒角

G71P3Q4U-0.5W0F80

N3G00x114

G01Z0F50

X112Z-1

Z-11

X100

X98Z-11

N4Z-48

G70P3Q4         精加工N3-N4段內(nèi)容

G00x100Z100T0102 回到起刀點取消第二組刀補

M30         程序完畢