差速器殼體球面車削加工及刀具設(shè)計(jì)

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:1922

     差速器殼體是一拖公司生產(chǎn)的意大利FIAT引進(jìn)產(chǎn)品和30~40馬力小輪拖拉機(jī)的重要部件之一,工件材質(zhì)為球墨鑄鐵。產(chǎn)品尺寸公差要求:上偏差為+0.25mm,下偏差為0,相對(duì)于基準(zhǔn)的位置度公差為f0.03mm;表面粗糙度要求為Ra1.6µm。
    差速器殼體內(nèi)球面的加工難度較高。根據(jù)差速器使用性能要求,為保證殼體尺寸及位置度的加工精度,設(shè)計(jì)了采用鑲齒結(jié)構(gòu)的內(nèi)球面锪鉆及其輔具(锪內(nèi)球面定程刀桿裝置)。但是,球面锪鉆的制造及刃磨難度較大,且刀具磨損后對(duì)刀齒每進(jìn)行一次刃磨,刀齒上各點(diǎn)與被加工面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置關(guān)系都要發(fā)生變化,從而直接影響內(nèi)球面加工質(zhì)量,由于球面锪鉆刃磨后加工零件的位置度誤差常常大于f0.2mm,因此難以完全滿足加工要求。
    此外,锪內(nèi)球面加工方法對(duì)夾具要求較高,需要配置定程裝置來控制刀具進(jìn)給,從而使夾具的設(shè)計(jì)、制造復(fù)雜化。為解決這一問題,我們根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)對(duì)工藝方案進(jìn)行了反復(fù)研究,決定采用在S1-325數(shù)控機(jī)床上用差補(bǔ)車削方法替代锪內(nèi)球面加工方法來實(shí)現(xiàn)差速器殼體內(nèi)球面的加工,并設(shè)計(jì)了專用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀。
1 刀具設(shè)計(jì)思路與特點(diǎn) 機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀是將具有合理幾何形狀和切削刃的成品可轉(zhuǎn)位刀片通過機(jī)械夾固方法裝配在刀桿上,當(dāng)一條切削刃工加磨損至不能再用時(shí),可通過轉(zhuǎn)位迅速更換新的切削刃。
    采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀進(jìn)行加工具有以下特點(diǎn):刀具幾何參數(shù)和切削性能穩(wěn)定,定位精度和重復(fù)精度較高,可保證刀尖位置變化在工件精度允許范圍內(nèi)以及加工精度的一致性。刀片夾緊可靠,在切削力沖擊、振動(dòng)及切削熱作用下不易松動(dòng)。刀具壽命長,無需刃磨,操作簡便,可縮短停機(jī)換刀等輔助工時(shí)。刀桿轉(zhuǎn)位方便、快捷,并可反復(fù)使用,使用壽命長,可減少庫存量,簡化刀具管理。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀設(shè)計(jì)前角g=-4°,刃傾角l=-4°,切削刃具有足夠強(qiáng)度,可承受較大切削力沖擊,避免刀尖崩刃?赊D(zhuǎn)位車刀片選用菱形國標(biāo)通用刀片,可保證切削過程中自動(dòng)卷屑及曲線加工的平穩(wěn)性,且易于實(shí)現(xiàn)刀具標(biāo)準(zhǔn)化、系列化,適合自動(dòng)化生產(chǎn)中的仿形車削。
    刀具采用螺銷壓緊式結(jié)構(gòu),螺釘通過刀片沉孔夾緊刀片,結(jié)構(gòu)簡單,零件少,定位精度高,刀刃轉(zhuǎn)位重復(fù)精度高,容屑空間大。根據(jù)被加工材料特點(diǎn),并考慮切削過程中刀刃的磨損,采用TiC+Al2O3+TiN復(fù)合涂層刀片。
這種刀片可減小切屑與刀具的摩擦,在切削高溫下仍可保持高硬度及良好的抗氧化性,從而可提高刀片使用壽命,降低零件表面粗糙度。此外,采用我公司研制的熱處理新工藝在TiC基硬質(zhì)合金中添加TiN,可顯著提高刀片的導(dǎo)熱性和抗崩刃性,在微量切削及表面精度要求較高的切削加工中可充分發(fā)揮TiC基硬質(zhì)合金的性能優(yōu)勢(shì)。
2 刀具設(shè)計(jì)方法 需加工的差速器殼體內(nèi)球面尺寸分別為S=f138.5mm、f124mm、f161mm。工件材料:球墨鑄鐵GH45-33-15(芯部硬度HB150~190)。加工精度要求:相對(duì)于基準(zhǔn)的位置度公差為f0.03mm,表面粗糙度Ra1.6µm。
    切削用量:切削速度vc=2m/s,進(jìn)給量f=0.4mm/r,切削深度ap=3mm。加工機(jī)床:S1-325型數(shù)控機(jī)床。刀具設(shè)計(jì)步驟如下:根據(jù)被加工零件材質(zhì)及加工要求,刀片材料選用YG6硬質(zhì)合金基體的新型復(fù)合涂層(TiC+Al2O3+TiN)刀片。根據(jù)被加工零件特點(diǎn)及切削參數(shù),刀片緊固形式設(shè)計(jì)為螺銷壓孔式結(jié)構(gòu)?赊D(zhuǎn)位刀片型式選用菱形國標(biāo)通用刀片,刀尖角為55°,法向后角為7°,單面有V型斷屑槽,刀片厚度S=3.97,刀尖圓角半徑re=0.4±0.1mm;根據(jù)加工精度要求,刀片精度選用M級(jí)。確定可轉(zhuǎn)位刀片型號(hào)為DCMT11T304-V1。刀片切削刃長度    Sa=ap/sinkrcosl=3/sin62.5°cos-4°=3.39mm;粗車時(shí)應(yīng)滿足切削刃長度L≥1.5Sa=5.086mm,所選刀片的主切削刃邊長L≈11.6mm,可滿足切削要求。
     機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀刀頭車刀刀桿槽的幾何角度設(shè)計(jì)已知參數(shù):刀片法向后角anb=7°,刀片刃傾角lsb=0°;車刀的獨(dú)立角度kr=62.5°,ls=4°,預(yù)選后角ao=4°;刀桿槽主偏角krg=kr=62.5°,刀桿槽刃傾角lsg=ls=-4°。則刀桿槽前角gog可按下式計(jì)算:tangog=(tananb-a0/cosls)/1+tananbtanao/cosls)coslsg=0.052364957可得aog=2.9975528°,取aog=3°。驗(yàn)算車刀后角ao:arctan(tananb-tanaogcoslsg)cosls/(1+tananbgogcoslsg)=0.06992572可得ao=3.99°,與預(yù)選后角ao=4°接近,表明預(yù)選后角值合理。
     確定可轉(zhuǎn)位車刀刀桿與刀夾聯(lián)結(jié)方式:根據(jù)機(jī)床型號(hào)及中心高,為增加刀桿強(qiáng)度,刀桿截面尺寸設(shè)計(jì)為不等截面,裝刀刀夾與刀桿通過楔面自鎖聯(lián)結(jié),可使刀具裝卸快捷、準(zhǔn)確、可靠。設(shè)計(jì)的機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀刀頭如圖2所示。采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車削方法替代原球面锪鉆加工方法后,不需制造專用夾具,在數(shù)控機(jī)床上一次裝夾即可完成差速器殼體內(nèi)球面的加工。由于減少了換刀等輔助工時(shí),提高了數(shù)控機(jī)床的加工效率,刀具無需刃磨,耐用度提高,使生產(chǎn)效率提高2倍,刀具成本降低75%。由于避免了原加工方法因刀具重磨帶來的加工誤差,產(chǎn)品質(zhì)量也得到有效保證。

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