細長軸多角位鍵槽加工夾具設(shè)計

細長軸多角位鍵槽加工夾具設(shè)計

在產(chǎn)品加工過程中，經(jīng)常會遇到一些細長軸類零件，根據(jù)設(shè)計要求加工多個鍵槽，這些鍵槽尺寸、幾何公差要求較嚴(yán)，各鍵槽間、鍵槽與定位基準(zhǔn)孔間有著較嚴(yán)的角位要求，用普通的劃線方法難以保證。同時細長軸類零件剛性差，裝夾后零件易變形，裝夾困難， 在分度頭上無法裝夾，由于分度頭也存在一定的定位及傳動間隙，對于一些精度較高的零件，難以保證加工要求。通常此類零件加工需要在一些專用數(shù)控機床上加工，在批量不大的情況下，專門購買設(shè)備加工會使加工成本提高，經(jīng)濟效益降低。為此，通過設(shè)計應(yīng)用專用夾具，可在普通銑床上實現(xiàn)此類零件的加工，降低制造成本，提高經(jīng)濟效益。

零件技術(shù)難點分析

以某柴油機凸輪軸為例，該零件總長為2 452mm，直徑為125m5， 長徑比達到19.6，屬細長軸類零件。零件要求在外圓上加工6個鍵槽，鍵槽寬度尺寸為32p9，鍵槽間存在一定夾角，各鍵槽間角度偏差要求不大于±15′，并與裝配基準(zhǔn)孔φ 10H7的角度偏差不大于±15′，相對于凸輪軸外圓的對稱度不大于0.03mm。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1　某柴油機凸輪軸結(jié)構(gòu)簡圖

由以上結(jié)構(gòu)分析可知該零件鍵槽加工過程中存在以下技術(shù)難點：①鍵槽間的角度偏差±15′及與裝配基準(zhǔn)孔φ 10H7的角度偏差不大于±15′要求較高，利用一般的對線、分度頭等加工方法難以保證。②鍵槽相對于凸輪軸外圓的對稱度不大于0.03mm，由于零件屬細長軸，剛性裝夾過程存在裝夾變形，難以保證。

通過進行結(jié)構(gòu)分析和加工工藝方案研究，結(jié)合加工設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計了角位分度夾具、零件定位夾具和對刀塊等夾具，保證了零件的技術(shù)要求。

夾具設(shè)計

角位分度夾具。為了保證零件鍵槽間及與裝配基準(zhǔn)孔φ 10H7的角度偏差，設(shè)計的角位分度夾具，結(jié)構(gòu)如圖2所示。該工裝通過菱形定位銷，以零件的一端定位凸臺及裝配基準(zhǔn)孔φ 10H7為基準(zhǔn)定位，根據(jù)零件的角度，設(shè)計了銑鍵槽的六方分度盤，分度盤各六方面間角度為60°±2′，在加工零件鍵槽過程中，通過螺栓、墊圈和螺母將零件與六方分度盤緊固在一起，機床主軸始終保持水平不動，通過旋轉(zhuǎn)找正六方分度盤上的六個平面在水平方向跳度不大于0.03mm，保證零件的旋轉(zhuǎn)定位，從而保證各鍵槽間的角度公差要求。

圖2　角位分度夾具

1.六方分度盤 2.螺栓 3.墊圈 4.螺母 5.菱形定位銷

定位夾具（見圖3）。由于該零件為細長軸，剛性較差，零件由于自重易發(fā)生自然彎曲，影響鍵槽加工精度。為此設(shè)計了V形塊來解決該問題。在零件加工過程中根據(jù)零件長度選擇合理的V形塊的數(shù)量，加工時通過找正樣棒，先將V形塊中心找正在一條直線上，使各V形塊中心偏差不大于0.015mm，找正后壓緊V形塊。然后再將零件裝夾到V形塊上，通過壓板壓緊零件，實現(xiàn)零件的裝夾。

圖3　定位夾具

1.壓板 2.樣棒 3.V形塊

銑鍵槽對刀塊（見圖4）。在零件加工過程中，為了提高加工效率，降低加工難度，設(shè)計了銑鍵槽對刀塊，保證鍵槽的對稱度要求。加工過程中將兩個鉸接在一起的V形塊裝夾在零件外圓上，找平對刀面后，將鍵槽銑刀裝入主軸，通過塞尺校驗，保證鍵槽銑刀中心與對刀槽中心重合偏差不大于0.01mm，從而保證加工出的鍵槽對稱度偏差滿足設(shè)計要求。

圖4　銑鍵槽對刀塊

加工方法

在加工過程中，首先找正定位夾具的各V形塊中心，偏差不大于0.015mm。壓緊V形塊后，裝夾零件，檢查零件側(cè)母線，確保零件未發(fā)生彎曲變形。利用銑鍵槽對刀塊調(diào)整機床主軸使之與φ 125m5外圓軸線同心。然后將分度夾具裝夾在零件法蘭盤端，并用零件的φ 65h6及φ 10H7銷孔定位， 找平六方分度盤上的平面，要求100mm內(nèi)跳動差不大于0.05mm，壓緊零件后銑鍵槽（見圖1，6個鍵槽自左至右依次排序①～⑥）①、②，松開零件，工件旋轉(zhuǎn)60°，找平六方分度盤，壓緊零件，對正機床主軸與零件主軸后，銑鍵槽④，隨后按以上步驟依次加工鍵槽③⑤⑥。按以上加工步驟加工完零件后，經(jīng)過檢驗零件完全滿足設(shè)計要求。

結(jié)語

通過設(shè)計、應(yīng)用專用的工裝夾具，可在普通鍵槽銑床上實現(xiàn)大型細長軸零件多角位鍵槽的精密加工，在保證零件加工精度的前提下，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高加工效率。應(yīng)用前景較好，可推廣。

CBNPCD刀具加工硬質(zhì)合金軋輥的經(jīng)驗

CBNPCD刀具加工硬質(zhì)合金軋輥的經(jīng)驗

硬質(zhì)合金軋輥因其優(yōu)異的性能，被廣泛用于鋼鐵行業(yè)，其硬度非常高。關(guān)于硬質(zhì)合金軋輥的切削加工，選用CBN/PCD刀具，可有用替代磨削工藝提高出產(chǎn)功率，以下是華菱超硬CBN/PCD刀具切削加工硬質(zhì)合金軋輥時的經(jīng)歷關(guān)鍵。

一、選擇規(guī)矩

1、看硬度：

（1）硬度小于HRA90的硬質(zhì)合金軋輥，可選擇HLCBN商標(biāo)或BNK30商標(biāo)CBN刀具進行大余量車削，此商標(biāo)CBN刀具是CBN微粉整體燒結(jié)而成的塊狀材料，沒有合金襯底，因為選用非金屬作為粘合劑，高溫紅硬性優(yōu)異，大余量車削硬質(zhì)合金軋輥，刀具不碎裂、不燒商。

（2）硬度大于HRA90的硬質(zhì)合金軋輥，現(xiàn)已超過了CBN刀具的可加工規(guī)模，一般選擇CDW025商標(biāo)PCD刀具或選用樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪進行磨削。

一般硬度越高，材料越脆，硬質(zhì)合金被切削時在切出邊沿“掉渣或崩缺”導(dǎo)致工件報廢，所以關(guān)于高硬度材料切削比較慎重，可提早做倒角加工，又或許選用準(zhǔn)確預(yù)留精磨余量加以逃避。

2、看加工余量和加工辦法：

（1）硬質(zhì)合金軋輥加工外外表或車R3以上的槽，關(guān)于加工余量大的，一般先用HLCBN商標(biāo)或BNK30商標(biāo)CBN刀具粗加工，然后再用砂輪磨削（樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪磨外圓或平面，軋輥孔型開槽等成型磨削一般選用電鍍或金屬結(jié)合劑金剛石砂輪）。

關(guān)于加工余量小的，可以直接用砂輪進行磨削，或許選用PCD刀具進行仿形加工（如倒角工序和切槽等成型工序可選擇定制金剛石刀具）。

（2）硬質(zhì)合金軋輥月牙槽刻肋加工時，選用CDW025金剛石雕銑刀（又稱為飛刀，旋銑刀）。

軋輥分新制和修磨，以上辦法不只適宜硬質(zhì)合金軋輥廠新制軋輥時參考，也可用作鋼廠修磨硬質(zhì)合金軋輥使用。

二、注意事項

1、切削參數(shù)的選擇：

選用HLCBN商標(biāo)或BNK30商標(biāo)CBN刀具加工硬質(zhì)合金軋輥時，切削速度Vc≤35m/min；吃刀深度ap≤0.8mm；進給量Fr=0.25-1mm/r（具體依據(jù)刀具形狀和加工粗糙度選擇，盡量取大值），干切。假如選用PCD刀具加工，吃刀深度（ap）值主張更小一點。

選用CDW025商標(biāo)PCD刀具仿形車削、開槽加工硬質(zhì)合金軋輥時，進給量Fr值主張0.1-0.2mm/r；或0.05-0.1mm/r，可加切削液。

2、刀具刃口處理：

在加工硬質(zhì)合金軋輥時，或許會對刀具進行鈍化處理，所謂的鈍化處理就是為了處理刃磨后的刀具刃口微觀缺口的缺陷，使其鋒值減少或消除，到達油滑平坦，既尖銳堅固又經(jīng)用的目的。但鈍化處理不能太大，因為鈍化后刀具刃口接觸面變大，切削阻力也隨之增大，硬質(zhì)合金軋輥歸于硬脆材料，簡單構(gòu)成崩塊，危害工件。

一同刀具刃口也不能過火尖銳，過火尖銳會降低刀具的使用壽命，因此購買刀具前，盡量和華菱超硬刀具工程師進行交流，以便選擇愈加合理的刀具刃口參數(shù)。

螺紋

螺紋或許您知道。

1.車削螺紋

車螺紋通常是工件上終一道切削工序，而它常被忽視及遭誤解，為此有或許付出很大的代價。假如用錯刀具而發(fā)生問題，就會糟蹋大量時刻和金錢。乃至運用“正確的”刀具也或許產(chǎn)生問題。因為車螺紋是一道復(fù)雜而又不常做的作業(yè)（車削工序中5%是車螺紋），許多時候終端客戶不想采取步驟優(yōu)化這道工序因而，挑選正確的車螺紋刀具，選用適合的切削參數(shù)，識別和處理螺紋的問題十分必要。

運用螺紋車刀時，需求考慮在一般加工中不會遇到的切削力和其他因素。在車螺紋工序中的切削力比直線切削工序大100至1000倍。這些軸向，徑向和切向力作用在一塊比車削用可轉(zhuǎn)為刀片小得多的硬質(zhì)合金上

PS：軸向力與進給量有關(guān)，因螺距關(guān)系，進給量是固定的。徑向力是與刀件半徑相反方向的力。切削力向下。

橫向進給速度等于螺紋導(dǎo)程，這是固定的，進給速度能夠是一般車削的10倍，以滿意導(dǎo)程要求。進給速度或許受到機床橫向蕞大進給速度的約束。螺紋形狀是特定的。刀片的幾何形狀是固定的，不能改變，這就約束了操控切削力的或許性。車螺紋還阻礙散熱，因為較大的力集中在一塊較小的面積上。也就是說，車螺紋比一般車削產(chǎn)生的熱量要多。

2.刀片類型

01

切削刃長  

02

內(nèi)徑/外徑

E:外徑螺紋. I：內(nèi)徑螺紋  N（舊內(nèi)徑螺紋）

03

方向      

R：右  L：左

04

螺距      

05

螺紋      

60

V型＝60°

55

V型=55°

ISO

公制螺紋

NPT

世界管螺紋

RD

圓頂螺紋

30°梯形螺紋

補白：詳細請參考各品牌樣本

3.刀具方向

右旋螺紋

方向1

方向2：

左旋螺紋

4.刀片的挑選

被加工資

加工內(nèi)螺紋還是外螺紋

蕞小孔徑（內(nèi)螺紋）

刀具方向

根據(jù)刀片規(guī)范和方向挑選相應(yīng)刀具

06

根據(jù)刀片的尺度挑選刀墊大小  

07

根據(jù)螺距的尺度挑選刀墊類型

5.進刀方法

橫向進刀視點

徑向進刀0°對中

優(yōu)點

缺陷

刀片悉數(shù)刀刃對螺紋牙型兩邊一起切削，防止刀刃崩刀。

排屑困難，在切削高速強度資料時簡單崩刃，產(chǎn)生毛刺的或許性增大。

因為在精車螺紋時整個切削刃悉數(shù)切入，簡單引起振刀。

齒側(cè)30°進刀

運用刀片側(cè)刃進給切削，使切屑簡單排出切削區(qū)域，這就削減刀片后沿構(gòu)成毛刺的問題，為了防止因為刀刃后沿沖突而下降表面光潔度，崩刃或齒側(cè)面過度的磨損，橫向進刀的視點應(yīng)小于螺紋齒形角3°-5°，這是一種齒側(cè)面批改

刀片或許有沖突的現(xiàn)象而使刃口崩刃，在切削軟而粘性的金屬，如低碳鋼，鋁，不銹鋼時，會碰壞表面

較好進刀方法

批改齒側(cè)進刀

刀片一起切削螺紋牙形兩邊，防止像0°進刀時簡單發(fā)生崩刃，雖然也會構(gòu)成或排屑溝槽，但是因為切屑厚度不平均有利于排屑，猶如齒側(cè)進刀這是比較好的進刀方法，尤其是運用油斷屑槽的刀片。

和徑向?qū)χ羞M刀的缺陷相同，但是在下降切削力方面比較顯著，一起排屑的問題也得到處理。

側(cè)齒替換進刀

因為兩邊切削刃平均運用，提高了刀片的壽數(shù)。

PS：運用這種進刀方法對一些機床或許需求特殊編程功用

傳統(tǒng)機床加工困難。

6.改進表面質(zhì)量

連續(xù)遞增-獲得不變的切屑面積

這包含相對較大的初始值（0.2-0.35mm），并且與螺紋牙形的詳細深度有關(guān)，此值會逐步下降且以0.02-0.09mm的進給進行精加工，終一次走到能夠不進刀空走刀，這是用于消除切削過程中的反彈，這種走刀方法比較常見。

穩(wěn)定進刀量-蕞佳切屑和較好刀具壽數(shù)

通過固定螺紋切削周期中的某一個參數(shù)，而使切屑厚度穩(wěn)定，進而能夠構(gòu)成蕞佳切屑。初始值大約為0.18-0.12mm，實踐值由上一次走刀（至少應(yīng)為0.08mm）的詳細值斷定。

6.刀具問題/辦法

磨損小崩刃

1.運用適宜的原料。

2.增加刀桿剛性。

3.查看刀片是否正常夾緊。

4.削減振蕩。

前刃面磨損

1.下降切削速度。

2.運用冷卻液。

3.運用硬度更高的原料。

積屑瘤

1.運用切削液。

2.加速切削速度。

3.運用更適宜的原料。

熱龜裂

2.運用更適宜的冷卻液。

塑性變形

1.運用硬度更高的原料。

2.下降切削速度。

3.削減切深。

4.運用適宜冷卻液。

崩刃

1.運用韌性更強原料。

2.削減切深。

3.查看機床和刀具的穩(wěn)定性。

鍵槽銑刀向心角對加工質(zhì)量的影響

航天壁板產(chǎn)品是選用數(shù)控銑削的方法，在鋁板上加工各種規(guī)格關(guān)閉平底下陷而成。因為下陷多為關(guān)閉結(jié)構(gòu)，且尺度較小，加工中選用端面切削刃過刀具中心的兩刃鍵槽銑刀，以方便沿刀具軸向進給直接下刀進行加工?？墒擎I槽銑刀端面切削刃一般具有向心角，在銑削關(guān)閉下陷時會形成加工底面殘留，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

本文經(jīng)過切削實驗和理論剖析，研究鍵槽銑刀向心角對加工底面的影響、鍵槽銑刀向心角受關(guān)閉下陷尺度的影響，終究制定了鍵槽銑刀加工關(guān)閉下陷的選刀準(zhǔn)則，有效處理了航天壁板關(guān)閉下陷加工底面殘留問題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

1.鍵槽銑刀根本結(jié)構(gòu)

鍵槽銑刀是一種銑削刀具，主要用于加工鍵槽和關(guān)閉下陷。為了克服徑向切削力的影響，鍵槽銑刀規(guī)劃為兩個相互對稱刀刃。銑削時兩個刀刃上的切削力矩構(gòu)成力偶，徑向力相互抵消。鍵槽銑刀柱面和端面上都有切削刃，端面切削刃過刀具中心，因而能沿刀具軸向進給銑削，具有插鉆功能，可以直接加工關(guān)閉下陷。而立銑刀一般具有3個以上刀刃，端面中心一般帶中心孔，因而不能沿刀具軸向進行銑削，不能直接加工關(guān)閉下陷，主要用于半關(guān)閉或開放式的加工。鍵槽銑刀實際上屬于一種特殊的立銑刀。

鍵槽銑刀做徑向進給銑削時，柱面切削刃為主切削刃，端面切削刃為副切削刃；做軸向進給銑削時，端面切削刃為主切削刃，柱面切削刃為副切削刃。為了下降軸向進給時切削抗力、減小徑向進給時切削刃與已加工外表的沖突，鍵槽銑刀一般規(guī)劃有1.5°～3°的端面切削刃向心角。圖1所示為SANDVIKCoromant鍵槽銑刀的向心角。鍵槽銑刀的向心角在進行半關(guān)閉或開放式加工時不會對加工底面形成影響，可是在進行關(guān)閉加工時因為沿刀具軸向進給銑削會對加工底面形成影響。

2.向心角對加工底面影響剖析

（1）向心角對加工底面影響。經(jīng)過選用φ20mm向心角鍵槽銑刀和φ20mm平底鍵槽銑刀別離銑削關(guān)閉平底下陷，經(jīng)過實驗比照來驗證端面切削刃向心角對加工底面的影響。所用鍵槽銑刀如圖2所示。在帕萊克對刀儀上對向心角鍵槽銑刀的端面切削刃向心角進行丈量，端面切削刃均勻向心角為5°。

選用φ20mm向心角鍵槽銑刀和φ20mm平底鍵槽銑刀別離銑削邊長L1=25mm、L2=25mm、深h=3mm的關(guān)閉平底下陷，實驗成果如圖3所示。圖3左邊為向心角鍵槽銑刀銑削后的成果，可見加工底面中心方位存在顯著的錐塔狀殘留。圖3右側(cè)為平底鍵槽銑刀銑削后的成果，可見加工底面光整無殘留。

經(jīng)過實驗成果可見向心角鍵槽銑刀銑削關(guān)閉下陷時會在加工底面構(gòu)成顯著的切削殘留，且無法經(jīng)過優(yōu)化走刀軌道來消除殘留；而平底鍵槽銑刀銑削關(guān)閉下陷時加工底面光整無殘留。

（2）下陷尺度對加工底面影響。選用圖2中的5°向心角的φ20mm鍵槽銑刀別離銑削不同尺度的平底關(guān)閉下陷，經(jīng)過剖析實驗成果來取得底面殘留與下陷尺度的關(guān)系。

選用5°向心角的φ20mm鍵槽銑刀別離銑削兩個平底關(guān)閉下陷：邊長L1=30mm、L2=30mm、深h=3mm；邊長L1=30mm、L2=25mm、深h=3mm。實驗成果如圖4所示。圖4左邊為L1=30mm、L2=30mm關(guān)閉下陷的銑削成果，可見加工底面中心方位存在顯著的錐塔狀殘留。圖4右側(cè)為L1=30mm、L2=25mm關(guān)閉下陷的銑削成果，可見加工底面中心方位相同存在顯著的錐塔狀殘留。綜上可見在L1=30mm（L1≥L2）的情況下，選用5°向心角的Φ20mm鍵槽銑刀銑削后底面存在殘留現(xiàn)象，且無法經(jīng)過優(yōu)化走刀軌道來消除殘留。

選用5°向心角的Φ20鍵槽銑刀別離銑削兩個平底關(guān)閉下陷：邊長L1=40mm、L2=40mm、深h=3mm；邊長L1=40mm、L2=25mm、深h=3mm。實驗成果如圖5所示。圖5左邊為L1=40mm、L2=40mm關(guān)閉下陷的銑削成果，可見加工底面光整無殘留。圖5右側(cè)為L1=40mm、L2=25mm關(guān)閉下陷的銑削成果，可見加工底面相同光整無殘留。綜上可見在L1=40mm（L1≥L2）的情況下，選用5°向心角的Φ20mm鍵槽銑刀銑削后底面不存在殘留現(xiàn)象。

3.實驗總結(jié)

鍵槽銑刀端面切削刃向心角使銑刀端面呈向心凹型，刀具中心是凹型的蕞低點。在銑削關(guān)閉下陷時，銑刀需先進行軸向進給，再進行徑向進給。因為銑刀端面呈凹型，軸向進給時會在銑刀中心方位的加工底面構(gòu)成殘留。徑向進給時，跟著銑刀的移動，端面切削刃及刀尖會逐步切削銑刀中心方位的底面殘留?？墒钱?dāng)關(guān)閉下陷尺度較小時，銑刀徑向進給受下陷尺度限制，在有限的走刀軌道中，銑刀端面凹型區(qū)域會存在必定堆疊，而且切削刃刀尖無法切削到堆疊區(qū)域，終究在加工底面構(gòu)成殘留，如圖6所示。

當(dāng)L1≥2D時（其中L1為關(guān)閉下陷長邊，L2為關(guān)閉下陷短邊，L1≥L2，D為鍵槽銑刀直徑），刀具徑向進給時，經(jīng)過優(yōu)化走刀軌道，可以使端面切削刃及刀尖充沛切削刀具中心方位的底面殘留，從而消除加工底面殘留。因而，當(dāng)L1≥2D時，較大的鍵槽銑刀端面切削刃向心角不會對加工底面形成影響。當(dāng)L1＜2D時，較大的鍵槽銑刀端面切削刃向心角會對加工底面形成影響，銑刀端面凹型區(qū)域會存在必定無法消除的堆疊，在加工底面構(gòu)成殘留，且切削殘留無法經(jīng)過完善走刀軌道來消除。所以在L1＜2D時，應(yīng)考慮更換小直徑的鍵槽銑刀或較小向心角的鍵槽銑刀，也可選用具有足夠長度修光刃的鍵槽銑刀來加工關(guān)閉下陷，以避免加工底面發(fā)生殘留。

4.結(jié)語

經(jīng)過對鍵槽銑刀端面切削刃的向心角進行理論剖析，得出形成加工底面殘留的原因。在剖析下陷尺度對加工底面殘留影響的基礎(chǔ)上，選用比照切削實驗驗證了理論剖析成果。終究得出定論：當(dāng)L1≥2D時，鍵槽銑刀端面切削刃向心角不會對加工底面形成影響，可經(jīng)過完善走刀軌道的方法處理加工底面殘留問題。在此定論基礎(chǔ)上總結(jié)出L1＜2D時選用鍵槽銑刀銑削關(guān)閉下陷的選刀準(zhǔn)則。經(jīng)過將研究成果應(yīng)用到航天壁板產(chǎn)品的加工中，有效提高了選刀功率，同時處理了壁板關(guān)閉下陷加工底面殘留問題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和加工功率，可廣泛用于各類關(guān)閉平底下陷的銑削加工。