數控車床超長鏜桿的加工工藝分析
2021-3-8 來源： 天水星火機床有限責任公司 作者：王兵琴
摘要：針對數控車床用于深孔加工的超長鏜桿，結合其結構及技術要求，分析了其加工過程及加工難點，對鏜桿進行預變形加工，可保證其精度，以滿足深孔零件加工的精度要求。
關鍵詞：鏜桿；預變形；加工精度
0 引言
在數控車床上安裝鏜孔裝置，可以對深孔類零件直接進行加工，減少裝夾次數，降低裝夾誤差，提高工件加工精度和工作效率。因此，保證鏜桿自身的加工精度就顯得尤為重要，其精度直接影響著加工零件的精度。在鏜桿生產加工過程中，通過對鏜桿進行預變形加工，提高其精度，可以保證加工零件的精度，滿足產品性能要求。
某鏜桿的材質為ZG270-500，由4段組成，每段4.2 m，總長16.8 m，其截面呈長方形結構，鏜桿結構如圖1所示，鏜桿截面如圖2所示。鏜桿的每段連接處由圓柱銷連接，與孔采取過盈配合方式。鏜桿每段之間采用焊接連接，焊接坡口為10°。
鏜桿技術要求：A、B基準面要求直線度為0.02 mm/100 mm，全長直線度要求為0.1 mm，A、B基準面要求垂直度為0.02 mm，相對面平行度為0.025 mm。鏜桿各配合圓柱孔要求圓柱度為0.02 mm，端面對A、B基準面垂直度為0.05 mm。
圖1 鏜桿結構圖
圖2 鏜桿截面圖
2、 鏜桿變形量分析
鏜桿長16.8 m，采用兩端支撐方式，前端設置有頂尖1，與主軸錐套配合頂緊，后端通過鏜桿箱體3支撐，有效長度為13.8 m，鏜桿支撐圖如圖3所示。
圖3 鏜桿支撐圖
鏜桿在自然支撐狀態下因重力會產生撓度，具體計算如下：
鏜桿的撓度易引起鏜孔時零件內孔變形，因此，控制鏜桿撓度尤為重要，可通過改進工藝方法，提高鏜桿的精度和剛性，以減小鏜桿撓度變形，保證鏜桿加工工件的精度。
3、 鏜桿加工工藝分析
通過上述分析可知，鏜桿加工困難，加工過程中容易產生變形，加工精度難以保證。因此，對于超長鏜桿，需要改進工藝方法，減小加工過程中應力引起的變形，通過預變形加工以保證零件的精度要求。鏜桿具體加工工藝過程如下：
（1）分別粗銑各段4個平面，留量10 mm。（2）粗銑各端頭，粗鏜內孔，留量10 mm。銑焊接坡口至圖紙尺寸。（3）時效處理。（4）以相同面為基準，依次將各段鏜桿安裝在工作臺上，以A、B面互為基準，銑各段基準面，留精銑余量。加工完成后卸下工件，并按順序對各段進行編號。（5）以已加工基準面為基準，精銑1和2號、3和4號對接端面使其達到技術要求，精鏜1和
2號、3和4號對接內孔使其達到技術要求。（6）按編號對各段進行對接，采用冷凍法對連接圓柱銷進行冷凍，保證間隙在0.1mm以內進行安裝。安裝圓柱銷時，分別對接1號和2號鏜桿、3號和4號鏜桿，如圖4所示。（7）在工作平臺上進行焊接，分別焊接1段和2段、3段和4段，要求焊縫平整、均勻，焊接可靠。（8）銑1段和2段、3段和4段基準面，留精銑余量。精銑兩段對接端面使其達到技術要求，精鏜對接內孔使其達技術要求。（9）對接1～2段和3～4段，使兩段鏜桿連接成整體，如圖5所示。（10）二次時效處理。（11）精銑鏜桿各面至圖紙尺寸，并符合技術要求。（12）精鏜鏜桿前端內孔至圖紙尺寸，并符合技術要求。
圖4 鏜桿對接圖
圖5 鏜桿整體圖
4 、鏜桿現場加工難點處理
在鏜桿加工過程中，難點一為圓柱銷的安裝，圓柱銷與孔配合為過盈配合H7/p6，過盈量為-0.004-0.079，因此，在安裝過程中必須采用冷凍技術，將圓柱銷預先冷凍，保證間隙在0.1 mm以內時再進行安裝。本文第一次采用工業用冰箱進行冷凍處理，放置48 h后，直徑縮小量為0.05 mm，經測量達不到裝配間隙要求，后改為用液氮進行冷卻，冷卻時間為35 min，直徑縮小量為0.25 mm，達到了裝配要求，裝配非常輕松。難點二為時效處理，通過時效消除加工殘余內應力，減小鏜桿變形量。本文第一次時效處理完成后進行半精加工，半精加工留有5 mm量時，發現還有內應力變形，因此增加二次時效處理，以消除殘余內應力，時效處理回火必須保證溫度達550 ℃。難點三是各段鏜桿之間的對接必須按照加工標記序號進行找正，找正后在坡口處焊接，要求無焊接缺陷。
5 、結語
超長鏜桿易產生撓度變形，通過預變形加工可以減小鏜桿的變形量，保證鏜桿的加工精度，為數控車床加工深孔類零件精度提供了保障，實現了一機多能，提高了數控車床的加工效率和加工精度，降低了數控車床的加工成本。
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