小圆弧槽衬套类零件加工工艺
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采用电火花和线切割加工虽然能满足小圆弧槽衬套类零件加工要求,但加工成本高、效率低,不适合批量生产,为此需重新进行工艺规划。
根据零件油槽的特点,铜材料衬套可分为环形油槽和轴向圆弧槽两大类。轴向小圆弧槽衬套常采用插削、拉削、电火花、线切割和车削等加工方法。在起落架附件中,轴向油槽长度与油槽圆弧半径比大于15的零件占各类衬套的80%以上,采用插削和拉削加工需采购相应设备;采用电火花和线切割加工虽然能满足小圆弧槽衬套类零件加工要求,但加工成本高、效率低,不适合批量生产,为此需重新进行工艺规划。

1 钻削加工受力分析

轴向圆弧槽衬套类零件主要采用钻削加工,加工刀具多为传统麻花钻,切削部分由两个前刀面、两个后刀面、两个副后刀面、两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃组成。为减小麻花钻与孔壁间的摩擦,在钻头导向圆柱体上仅保留两个棱边,并在沿轴向每100mm长度上制有0.03-0.12mm的倒锥。不考虑钻头基体形变引起的径向力,麻花钻钻削加工受力情况可简化为悬臂梁受力模型。若钻头直径为Fd,悬伸L,弹性模量为E,则钻头在距切削刃L处的转角和挠度分别为
θ=Fl2/2EI
ω= Fl3/3EI
式中,I=πd4/64
则钻头弯曲刚度为
K=3Eπd4/64l3
可见挠度与悬伸L的3次方成正比,弯曲刚度K与钻头直径d的4次方成正比,与悬伸L的3次方成反比。小圆弧槽加工选用的钻头直径小、刚度差,钻尖还易横向偏移,直接影响孔的尺寸和形位公差。当轴向油槽长度与油槽圆弧半径比大于10时,若先镗轴向大孔,再钻小圆弧槽,孔出入端壁厚相差约0.5mm,刀具易折断;当长径比小于10时,若先钻小圆弧槽孔,再镗大孔,基本能满足加工要求;当圆弧R槽与轴向长度比大于15时,若先钻小圆弧槽孔,再镗大孔,受零件铜料粘性、圆弧槽半径和刀具刚度等因素影响,加工的轴向油槽孔出入端壁厚相差大于0.3mm。
图1 自制简易拉刀(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

2 解决方案

(1) 自制拉刀加工

根据拉床拉削运动,只要确保刀具在零件轴向实现单一往复直线主运动,单条零件径向槽即可形成。简易自制拉刀由刀杆和刀片组成(见图1),每次仅能加工一条轴向小圆弧槽,零件径向其余槽加工时,需借助分度辅助工具。


简易自制拉刀加工法借助车床溜板箱机动进给操纵机构。以CA6140型车床为例,向左扳动机床操纵手柄,使内部空套齿轮之一啮合,纵向机构进给运动接通,刀架相应的向左移动;将拉刀装于刀架,借助大托板沿丝杠直线往复运动,即可实现拉削加工。轴向进给依靠溜板箱机动进给操纵机构调节,径向切深量调整,可依托中托板,手动微调。对于数控车可通过数控编程实现径向自动进给,沿机床主轴方向的往复直线拉削循环。
在航空产品中,小圆弧槽衬套类零件油槽多为均匀分布,常见的均布数为3、4、6、8。为确保零件圆弧槽均匀分布,在普通车床中的角度调节主要采取的方法是:在车床卡盘上固定一特制刻度盘(见图2)或在卡盘轴向或径向位置进行均布标记,并将圆周360°均匀72等分。拉削小圆弧槽时,根据圆弧槽数目手动拨72(i-1)/N格(N为油槽总数;i为第i个油槽)。
图2 自制刻度盘(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
图3 车床拉削的小圆弧槽衬套(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

图3是对卡盘轴向进行均布标识和确认的简易设置。如图所示,若小圆弧槽衬套类零件有3个均布小圆弧槽,则第1个槽对准某一刻度线,记为零格;第2个油槽从第1个油槽位置起共拨动24格;第3油槽从第1个油槽位置起共拨动48格。
具体加工流程:衬套加工前,手动转动卡盘使机床导轨侧指针与某一刻度线对齐。启动机床,利用中滑板丝杠机构往复运动加工首条轴向圆弧槽,切深由手柄调节。当首条圆弧槽加工结束后,拨动72(i-1)/N格,依次加工剩余圆弧槽。对于数控车床,可通过程序段进行自动分度,编程调整卡盘旋转角度。
图4 加工3个均布R1.5圆弧槽衬套的刀具(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

(2) 自制多齿拉刀车削加工

采用简易拉刀加工小圆弧槽衬套类零件的弊端较多,借鉴拉床刀具的设计思路,可将拉刀结构运用到车床刀具中。图4为Φ12内孔轴向R1.5的车用多齿拉刀,左端Φ12引导部分,切削部分由切削齿和校准齿组成,齿顶宽大于3mm开分屑槽1条,宽0.5mm,深0.6mm,后角5°,刀具长350mm,切削刃前后交错排列。多齿拉刀加工原理与简易拉刀加工原理相同,但无需借助分度工具,不用设置径向进给,只需单程往复即可加工完所有均布圆弧槽的粗、精加工。

3 加工效果

铜材料小圆弧槽衬套的轴向油槽长度与油槽圆弧半径比大于15时,采用拉削加工原理自制简易拉刀,手动分度可有效解决油槽出入端壁厚超差问题;采用多齿拉刀车削,一次装夹可完成所有轴向圆弧槽加工,切削平稳,机床丝杠磨损小,零件表面质量好,加工效率高。多齿拉刀车削根据齿型不同还可加工花键孔、键槽、多边形孔、螺旋角较大的内螺纹及外表面拉削,拓展了车床加工范畴。
本文作者:李春刚
原载:《工具技术》
上载于:2016-11-14 15:15:58

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