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細長軸多角位鍵槽加工夾具設計

細長軸多角位鍵槽加工夾具設計

在產品加工過程中，經常會遇到一些細長軸類零件，根據設計要求加工多個鍵槽，這些鍵槽尺寸、幾何公差要求較嚴，各鍵槽間、鍵槽與定位基準孔間有著較嚴的角位要求，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控機床上加工，在批量不大的情況下，專門購買設備加工會使加工成本提高，經濟效益降低。為此，通過設計應用專用夾具，可在普通銑床上實現此類零件的加工，降低制造成本，提高經濟效益。

零件技術難點分析

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。其結構簡圖如圖1所示。

圖1　某柴油機凸輪軸結構簡圖

由以上結構分析可知該零件鍵槽加工過程中存在以下技術難點：①鍵槽間的角度偏差±15′及與裝配基準孔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。

通過進行結構分析和加工工藝方案研究，結合加工設備的具體結構，設計了角位分度夾具、零件定位夾具和對刀塊等夾具，保證了零件的技術要求。

夾具設計

角位分度夾具。為了保證零件鍵槽間及與裝配基準孔φ 10H7的角度偏差，設計的角位分度夾具，結構如圖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孔φ 10H7為基準定位，根據零件的角度，設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，零件由于自重易發生自然彎曲，影響鍵槽加工精度。為此設計了V形塊來解決該問題。在零件加工過程中根據零件長度選擇合理的V形塊的數量，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，檢查零件側母線，確保零件未發生彎曲變形。利用銑鍵槽對刀塊調整機床主軸使之與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，經過檢驗零件完全滿足設計要求。

結語

通過設計、應用專用的工裝夾具，可在普通鍵槽銑床上實現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，節約生產成本，提高加工效率。應用前景較好，可推廣。

不銹鋼加工刀具參數

導讀：加工不銹鋼時,刀具切削部分的幾許形狀,一般應早年角、后角方面的挑選來考慮。不管何種刀具,加工不銹鋼時都有必要選用較大的前角。增大刀具的前角可減小切屑切離和清出過程中所遇到的阻力。對后角挑選要求不非常嚴厲,但不宜過小,后角過小簡單和工件外表發作嚴峻沖突。

1、挑選刀具的幾許參數

　　加工不銹鋼時，刀具切削部分的幾許形狀，一般應早年角、后角方面的挑選來考慮。在挑選前角時，要考慮卷屑槽型、有無倒棱和刃傾角的正負角度巨細等要素。不管何種刀具，加工不銹鋼時都有必要選用較大的前角。增大刀具的前角可減小切屑切離和清出過程中所遇到的阻力。對后角挑選要求不非常嚴厲，但不宜過小，后角過小簡單和工件外表發作嚴峻沖突，使加工外表粗糙度惡化，加速刀具磨損。并且因為強烈沖突，增強了不銹鋼外表加工硬化的效應；刀具后角也不宜過大，后角過大，使刀具的楔角減小，下降了切削刃的強度，加速了刀具的磨損。一般，后角應比加工一般碳鋼時恰當大些。

　　前角的挑選從切削熱的發作和散熱方面說，增大前角可減小切削熱的發作，切削溫度不致于太高，但前角過大則因刀頭散熱體積減小，切削溫度反而升高。減小前角可改善刀頭散熱條件，切削溫度有或許下降，但前角過小，則切削變形嚴峻，切削發作的熱量不易散掉。實踐表明，取前角go=15°——20°為適宜。

　　后角的挑選粗加工時，對強力切削的刀具則要求切削刃口強度高，則應取較小的后角；精加工時，其刀具磨損主要發作在切削刃區和后刀面上，關于不銹鋼這種易出現加工硬化的資料，其后刀面沖突對加工外表質量及刀具磨損影響較大，合理的后角應為：加工奧氏體不銹鋼(185HB以下)，其后角可取6°——8°；加工馬氏體不銹鋼(250HB以上)，其后角取6°——8°；加工馬氏體不銹鋼(250HB以下)，其后角為6°——10°為宜。

　　刃傾角的挑選刃傾角的巨細和方向，確定了流屑的方向，合理挑選刃傾角ls，一般取-10°——20°為宜。在微量精車外圓、精車孔、精刨平面時，應選用大刃傾角刀具：應取ls45°——75°。

2、刀具的資料挑選對刀桿資料的要求加工不銹鋼時，因為切削力較大，故刀桿有必要具備足夠的強度和剛性，防止在切削過程中發作顫振和變形。這就要求選用恰當大的刀桿截面積，同時還應選用強度較高的資料來制作刀桿，如選用調質處理的45號鋼或50號鋼。

　　對刀具切削部分資料的要求加工不銹鋼時，要求刀具切削部分的資料具有較高的耐磨性，并能在較高的溫度下堅持其切削性能。目前常用的資料有：高速鋼和硬質合金。因為高速鋼只能在600°C以下堅持其切削性能，因此不宜用于高速切削，而只適用于在低速情況下加工不銹鋼。因為硬質合金比高速鋼具有更好的耐熱性和耐磨性，因此用硬質合金資料制成的刀具更適合不銹鋼的切削加工。

　　硬質合金分鎢鈷合金(YG)和鎢鈷鈦合金(YT)兩大類。鎢鈷類合金具有良好的韌性，制成的刀具可以選用較大的前角與刃磨出較為尖利的刃口，在切削過程中切屑易變形，切削輕快，切屑不簡單粘刀，所以在一般情況下，用鎢鈷合金加工不銹鋼比較適宜。特別是在振蕩較大的粗加工和斷續切削加工情況下更應選用鎢鈷合金刀片，它不象鎢鈷鈦合金那樣硬脆，不易刃磨，易崩刃。鎢鈷鈦合金的紅硬性較好，在高溫條件下比鎢鈷合金耐磨，但它的脆性較大，不耐沖擊、振蕩，一般作不銹鋼精車用刀具。

　　刀具資料的切削性能關系著刀具的耐用度和生產率，刀具資料的工藝性影響著刀具本身的制作與刃磨質量。宜挑選硬度高、抗粘結性和韌性好的刀具資料，如YG類硬質合金，蕞好不要選用YT類硬質合金，尤其是在加工1Gr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼應決對防止選用YT類硬質合金，因為不銹鋼中的鈦(Ti)和YT類硬質合金中的Ti發作親合作用，切屑簡單把合金中的Ti帶走，促進刀具磨損加快。生產實踐表明，選用YG532、YG813及YW2三種牌號資料加工不銹鋼具有較好的加工作用。

3、切削用量的挑選為了抑制積屑瘤和鱗刺的發作，進步外表質量，用硬質合金刀具進行加工時，切削用量要比車削一般碳鋼類工件稍低些，特別是切削速度不宜過高，一般引薦切削速度Vc=60——80m/min，切削深度為ap=4——7mm，進給量f=0.15——0.6mm/r為宜。

4、對刀具切削部分外表粗糙度的要求進步刀具切削部分的外表光潔度可減少切屑形成卷曲時的阻力，進步刀具的耐用度。與加工一般碳鋼相比較，加工不銹鋼時應恰當下降切削用量以減緩刀具磨損；同時還要挑選恰當的冷卻潤滑液，以便下降切削過程中的切削熱和切削力，延伸刀具的使用壽命。

用于銑削加工的銑刀

用于銑削加工的銑刀

     用于銑削加工的、具有一個或多個刀齒的旋轉刀具。工作時各刀齒依次間歇地切去工件的余量。銑刀首要用于在銑床上加工平面、臺階、溝槽、成形表面和切斷工件等。

   銑刀按用途區別有多種常用的型式（圖1）。①圓柱形銑刀：用于臥式銑床上加工平面。刀齒分布在銑刀的圓周上，按齒形分為直齒和螺旋齒兩種。按齒數分粗齒和細齒兩種。螺旋齒粗齒銑刀齒數少，刀齒強度高，容屑空間大，適用于粗加工；細齒銑刀適用于精加工。②面銑刀：用于立式銑床、端面銑床或龍門銑床上加工平面,端面和圓周上均有刀齒,也有粗齒和細齒之分。其結構有整體式、鑲齒式和可轉位式 3種。③立銑刀：用于加工溝槽和臺階面等，刀齒在圓周和端面上，工作時不能沿軸向進給。當立銑刀上有通過中心的端齒時,可軸向進給。④三面刃銑刀:用于加工各種溝槽和臺階面,其兩邊面和圓周上均有刀齒。⑤角度銑刀:用于銑削成一定角度的溝槽，有單角和雙角銑刀兩種。⑥鋸片銑刀：用于加工深槽和切斷工件，其圓周上有較多的刀齒。為了減少銑切時的沖突,刀齒兩邊有15′～1°的副偏角。此外,還有鍵槽銑刀、燕尾槽銑刀、T形槽銑刀和各種成形銑刀等。

    銑刀的結構分為4種。①整體式:刀體和刀齒制成一體。②整體焊齒式：刀齒用硬質合金或其他耐磨刀具資料制成,并釬焊在刀體上。③鑲齒式:刀齒用機械夾固的辦法緊固在刀體上。這種可換的刀齒可所以整體刀具資料的刀頭,也可所以焊接刀具資料的刀頭。刀頭裝在刀體上刃磨的銑刀稱為體內刃磨式；刀頭在夾具上獨自刃磨的稱為體外刃磨式。④可轉位式(見可轉位刀具)：這種結構已廣泛用于面銑刀、立銑刀和三面刃銑刀等。

    銑刀按齒背的加工辦法分為兩類。①尖齒銑刀：在后邊上磨出一條窄的刃帶以形成后角，由于切削角度合理，其壽數較高。尖齒銑刀的齒背有直線、曲線和折線3種方式（圖2）。直線齒背常用于細齒的精加工銑刀。曲線和折線齒背的刀齒強度較好，能承受較重的切削負荷，常用于粗齒銑刀。②鏟齒銑刀：其后邊用鏟削（或鏟磨）辦法加工成阿基米德螺旋線的齒背，銑刀用鈍后只須重磨前面，能保持原有齒形不變，用于制作齒輪銑刀等各種成形銑刀。

國外企業更側重于對品牌的保護，尤其是那些有著百年歷史的聞名外企，他們在成立伊始，并不苛求銷售贏利的多少，而是把企業發展要點，放在了品牌建設上。他們向客戶宣傳產品的質量，產品怎么進步出產功率，以及能為客戶降低多少出產成本，這種注重品牌的宣傳策略一開始就為企業的發展奠定了良好的根底。

國內企業則正好相反，他們著重以低價招引客戶，注重眼前利益，大打價格戰，導致了刀具商場競爭，而過低的價格，使得產品質量無法保證，終究客戶對國產圓刀片失去了決心。下面是中國品牌分切圓刀片的首要細分商場：

（1）、汽車職業汽車職業的加工特點一是大批量、流水線出產，二是加工條件相對比較固定。為了優化出產，進步質量和功率恒力機械，汽車職業對刀具的加工功率和運用壽命提出了十分苛刻的要求。一起，由于選用流水線作業，為了避免因換刀片導致整條出產線的停機、造成巨大的經濟損失，所以通常選用強制性的統一換刀的方法。這對刀具質量的穩定性也提出了獨衣無二的高要求。

（2）、航空航天職業航空航天業的加工特點一是加工精度要求高，二是材料難加工。該職業所加工的零部件材料大多為耐性和強度都十分高的高溫合金和鎳鈦合金（如INCONEL718等），使得硬質合金圓刀片大有用武之地。

（3）、大型渦輪機、汽輪機、發電機及柴油機出產企業這些企業所要加工的零件大多體積龐大、價值昂貴，在加工時，保證被加工零件的精度和少出廢品是至關重要的，所以在這些職業里也經常選用鎢鋼圓刀片。

（4）、運用數控機床較多的企業俗話說“好馬配好鞍”，為了進步加工功率和產品質量，充分發揮數控機床的運用功率，往往選用硬質合金圓刀片更易達到預期的作用。

（5）、外資企業在這些企業中，往往更注重出產功率和質量的保證。由于外資企業的設備許多是引進國外的機床和設備，選用其進口國的圓刀片也是瓜熟蒂落的事。除此之外，還有許多其它職業，如模具職業、軍公企業等使用硬質合金圓刀片也都十分普遍。