在薄壁件加工過程中, 經(jīng)常會(huì)由于夾具的夾持力而引起工件變形, 當(dāng)加工完成夾持力釋放后, 工件又回復(fù)到原來的形狀, 造成圓度。橢圓度誤差太大, 往往達(dá)不到用戶預(yù)期的目的, 這種現(xiàn)象在機(jī)械加工中被稱為“ 復(fù)原現(xiàn)象” 。隨著工業(yè)的高速發(fā)展, 對(duì)薄壁件車削加工的要求也越來越高。我們知道, 對(duì)于薄壁件的車削加工, 夾具是最重要的。夾具的結(jié)構(gòu)選定后, 夾持力的大小是所加工工件變形的關(guān)鍵。我廠在為加工鐵姆肯軸承圈所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的機(jī)床中采用意大利產(chǎn)S MW 一A U T O BLO K T S 浮動(dòng)爪卡盤, 效果較好,滿足了C p k ≥1. 6 7 的要求, 得到了用戶的認(rèn)可。
S MW -A U T O BLO K T S 浮動(dòng)爪卡盤是一種采用杠桿且爪在其軸線上可做一定旋轉(zhuǎn)的自定心卡盤, 其結(jié)構(gòu)如圖1 和圖2 所示。它不僅可外夾和內(nèi)撐薄壁件的粗糙毛坯, 也可用軟高爪在薄壁件已加工部位進(jìn)行外夾和內(nèi)撐。在軟高爪與基爪連接處有一個(gè)可調(diào)心斜鍵, 可做微型調(diào)整工件中心時(shí)用。還具有拉回功能, 使工件牢固靠死在定位面上。從卡爪的結(jié)構(gòu)來看, 采用三爪六點(diǎn)均布夾緊方式, 使力均勻分布在工件上, 從而夾持力的大小是所加工工件變形量大小的關(guān)鍵因素。
1 S MW -A UTO B LO K T S 卡盤夾持工件時(shí)所
需油缸油壓的計(jì)算
1.1 加工工件所需主切削力Fz的計(jì)算
Fz= p a fK (N )
式中: p 一切削面積上的主切削力, N /m m 2 ;
a 一切削深度,m m ;
f一進(jìn)給量,m m /r;
K 一修正系數(shù)。
1.2 靜態(tài)夾持力Fs d 的計(jì)算
如圖3 所示, 根據(jù)庫侖定律:
Fra 二Fs d ×∪
式中: Fra 一卡爪與工件的摩擦力, kN ;∪一卡爪與工件的摩擦系數(shù)。
若要使所加工工件在車削過程中被牢固夾持, 不使工件與卡爪有相對(duì)運(yùn)動(dòng), 如圖3 所示Fra 所產(chǎn)生的力矩T d a 必須大于切削力F：所產(chǎn)生的力矩T Z 。S MW- AU T O BLO K 建議T d a ≥2.5 T Z。
即(Fr a b ) ≥2.5 (FzR )
式中: R 一最大車削半徑,m m ;
b 一夾持半徑,m m 。
所以Fs d ) ≥ 2.5 (Fz R )/ (f b ) （1）
1.3 離心力Fe t 的計(jì)算(A U TO B LO K 提供)
Fe t=3 (m r + Q ) W2 (N )
式中: m 一一個(gè)卡爪加上安裝螺釘?shù)馁|(zhì)量, k g;
r 一卡爪質(zhì)心的回轉(zhuǎn)半徑,m ;
Q一考慮離心力辛嗜系統(tǒng), 卡盤的離心值, k g m;
w一卡盤的角速度, ra d /s e c ;
3 一爪的數(shù)量。
1.4 實(shí)際夾持力Fs 0(h l)與靜態(tài)夾持力Fs d 的關(guān)系
在實(shí)際車削過程中, 卡盤在高速旋轉(zhuǎn), 從而產(chǎn)生了離心力。當(dāng)外圓夾持時(shí), 夾持力會(huì)相應(yīng)減少, 當(dāng)夾持面是內(nèi)圓時(shí), 夾持力會(huì)相應(yīng)增大。如圖1 所示, T S 卡盤零件的幾何形狀, 可補(bǔ)償離心力。對(duì)某一轉(zhuǎn)速下:
Fs d =Fs o (h l)－Fe t (2 )
1. 5 實(shí)際夾持力Fs o (h l) 的計(jì)算
如圖1 所示, 對(duì)T S 卡盤, 在拉桿拉力Ft 轉(zhuǎn)換到卡盤夾持力F5 0 的過程中, 卡爪繞O 點(diǎn)做角移動(dòng)。所以不同的加工工件卡爪不同, h 也不同, 根據(jù)杠桿原理
Fs o (h 1) x×(b + h 1)= Fs o (h ) × (b + h )
Fs o (h 1)=[ Fs o (h)× (b + h) ] /(b + h 1) (3 )
式中:Fs o (h) 一理論夾持力, kN ;
h l一實(shí)際夾持距離,m m ;
b 和h一卡盤理論尺寸, m m ;
1.6 理論夾持力Fs 0(h )的金長算(A U T O BLO K 提供)
據(jù)A U T O B LO K 資料, 按公式(4 )計(jì)算:
K = Fso (h)/F t=Fs m a x,/Ftm a x 即
Fs o (h)=Fs m a x ×Ft/F tm a x (4 )
式中: Fsm ax 一最大夾持力, kN ;
Ftm a x 一拉桿最大拉力, kN ;
Ft一拉桿拉力, kN 。
1.7 油缸油壓p 的計(jì)算
Ft= A p ∩, (k N ) (5 )
式中: A 一油缸活塞的有效面積, c m 2;
∩一效率系數(shù)。
1.8 聯(lián)立公式(1 )~公式(5 )得:
2 實(shí)際應(yīng)用
以在C K7815C 上用T S F-C2 5 0 加工軸承圈時(shí)卡盤所需油壓的計(jì)算為例(機(jī)床驅(qū)動(dòng)動(dòng)力足夠。鑒于雙方技術(shù)協(xié)議的原因, 在此不能提供加工工件具體圖紙)。加工工件大致描述:材料為軸承鋼G Cr 巧, 毛坯為鍛件, 最大外徑φ1 16 m m, 內(nèi)徑φ9 0 m m, 寬度4 0 m m 。采用S MW -AU T O BLO K U G E 2 0 小硬爪, 安裝在我們設(shè)計(jì)的高爪上, 根據(jù)5 Mw 峨u T O B LO K 提供資料,∪取0. 6 。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》查得, 對(duì)軸承鋼GCr l5, p =210 7 N/m m 2, 實(shí)際應(yīng)用中最大切削深度a =4 m m ,最大進(jìn)給量f= 0. 3 m m/r, K 取1。
得: Fz = 2 5 2 8. 4 N。
對(duì)T S F-C250 卡盤, Q=－0. 0 4 4 , 我們所設(shè)計(jì)高爪重量m =1kg , 重心回轉(zhuǎn)半徑r= 0. 0 82 m, 采用最高轉(zhuǎn)速18 0 0 rpm (w=18 8 r a d/s e c ), 得:
Fe t=(1 ×0.0 8 2 －0 .0 4 4) ×1 8 8 2 x 3 /9. 8 ≈4 0 2 9. 17 N。
由SMW -A UT O B LO K T S -C 2 5 o 卡盤樣本查得:
b = 12 m m , h =7 0 m m ,Ftm a x =4 0 kN , Fs m a x = 9 6 k N。
高爪h l= 6 8 m m , R = b = 5 8 m m, 與T S F -2 5 0 相匹配的S IN一S12 5 油缸的活塞面積A =1 0 3 c m 2, 取∩=0. 9 5, 代人(6 )式得:
P ≥0. 6 1 8 MPa
考慮到力在機(jī)械傳遞過程中的損失和液壓系統(tǒng)的要求, 為了安全, 我們?nèi)?span>p = 2 × 0. 6 1 5 = 1. 2 3 6 MPa 。
在實(shí)際驗(yàn)收過程中, 我們讓油壓由1. 23 6 M Pa 向上變化, 進(jìn)行不同壓力下的車削試驗(yàn), 采用1. 8MPa 的油壓也可以滿足用戶的要求。若油壓大于1. 8MPa , 就會(huì)出現(xiàn)Cp k 值不合格的問題。據(jù)來自美國鐵姆肯軸承研究所和印度鐵姆肯軸承研究所的驗(yàn)收人員講, 他們多年的經(jīng)驗(yàn)是油壓為l. 5MPa 。從安全角度和實(shí)際應(yīng)用考慮, 我們用1. 5MPa 油壓作為驗(yàn)收所用油缸壓力, 并通過了驗(yàn)收。
3 結(jié)束語
根據(jù)以上計(jì)算和試驗(yàn), 5 MW -A u T O BLO K T S 卡盤可用于鍛件毛坯狀態(tài)下的薄壁軸承環(huán)的大批量生產(chǎn)。在實(shí)際加工過程中可根據(jù)不同工件的具體情況,計(jì)算出所需油壓, 再根據(jù)具體加工工藝要求及安全性考慮, 調(diào)整油壓, 直到安全經(jīng)濟(jì)地滿足加工工件要求為止, 這樣即可確定實(shí)際加工所需油壓, 進(jìn)行大批量生產(chǎn)。尤其在軸承行業(yè)中, 這是很重要的?，F(xiàn)在在中國軸承行業(yè)中, 仿形車床和半自動(dòng)液壓車床所占比例很,大, 如何推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)軸承行業(yè)的數(shù)控化生產(chǎn), 這還需要我們對(duì)包括軸承加工工藝。設(shè)備在內(nèi)的諸多問題進(jìn)行進(jìn)一步的探討。
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