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v型推力杆端头加工的工艺分析

v型推力杆端头加工的工艺分析

由于BBC-V型端头的毛坯件是锻压成型,其分模面在两杆部与缸孔的轴心平面上,故缸孔的正反面存在拨模斜度,即两平面不平整,严重影响产品的加工,因此,在产品加工的第一道工序必然是将产品的一个端面铣平然后才可进行以后工序的加工。

产品的缸孔及其端面则是以后各工序加工以及杆身、端头组合件铆合时的基准,因此,孔的加工必须在前面较早时加工出来,同时考虑如果产品在一次性装夹下完成粗加工、半精加工和精加工,那么,产品在粗加工时由于需要切除大量的的切削余量、因此在切削用量的选择上尽可能大,在切削过程中所产生的切削力就大、同时就会产生大量的切削热,为保证生产安全,不致于在加工过程中将产品飞出,在产品装夹时所使用的夹紧力较大,而一旦产品加工完毕将其取下后,一方面由于夹紧力失去,产品会产生回复变形从而引起失圆;另一方面产品在切削热作用下会出现较大的热胀冷缩现象,产品尺寸也会随着温度的变化而发生变化,故产品尺寸无法控制。所以为保证产品质量,产品的粗加工与半精加工和精加工必须分开进行,这样产品在粗加工时切除了大量的切削余量,然后将其取下使其自然失效、消除内应力后再流入半精加工、精加工工序。

在杆部仿竹节时,由于两杆部间存在着48°29′的角度关系,其角度误差的大小直接影响着推力杆两端头间的中心尺寸517.60-2mm的精度,因此,在仿一端杆部竹节时必须考虑两杆间的相互位置尺寸以及余量,而在仿另一杆部竹节打中心孔时,必须用已经加工后的一端杆部定位打出合格的中心孔,在仿竹节时才能保证两杆部间形成48°29′的角度,加工出合格的产品。故端头加工的工艺路线如下:

(1)铣缸孔一端平面
(2) 粗钻毛孔φ54mm
(3)粗车缸孔加工至尺寸φ104mm,留半精车、精车余量4mm,
(4)半精车、精车缸孔加工至图纸尺寸φ108+00。087
(5) 车反面控制总厚及反面孔尺寸
(6)打一端中心孔注意两杆部的加工余量
(7)仿一端杆竹节外形
(8) 打另一端中心孔保证两杆部的夹角为48°29′
(9)仿另一端竹节外形

端头加工工装的设计以及设备的选择

根据前面对端头加工的工艺路线分析,知道端头加工的重点和难点一是产品缸孔的加工、二是产品杆部的竹节外形加工(其中包含两杆部中心孔的加工),因此,在工装设计时以端头缸孔的车加工以及端头杆部仿竹节所用工装作为主。

1.工装设计

(1)车夹具设计

由于普通端头的毛坯其分模面在产品的中心,坯件的反面是较为平整的一个大平面,因此产品的定位准确、夹紧可靠,而作为专业的端头加工单位,对普通端头的加工均设计制造有较为成熟的工装夹具,产品质量容易保证,加工较为容易,工装也简单,而BBC-V型端头则不同,由于产品向外突出的两杆部间具有48°29′的角度要求,且两杆部与孔的轴心线在同一平面上,故坯件的分模面在两杆部的轴心平面上,坯件反面底部由于具有分模面的切边和拨模斜度,故产品反面不平整,造成产品定位困难,因此,为使其能顺利加工,同时减少夹具的设计制造费用,首先直接选择了标准的φ320mm三爪卡盘,同时设计了如下所示的专用夹爪,产品加工时的夹持方位如图3所示。

夹持方位
图3

其中一个夹爪底部设计有一V型面,其目的就是为了消除坯件的切边对产品定位的影响,根据《机床夹具设计手册》,V型面的长度选取为20mm,用于只消除一个方向的移动自由度,允许其转动自由度存在,这样,根据所选的三爪卡盘,另两个转动自由度由三爪卡盘中的另二专用夹爪中的二个支撑定位点消除,具有自动定心、起夹持作用的夹爪部位消除另外两个自由度,因此,整个夹具即可消除五个自由度,满足了加工条件。另外,由于产品向外突出的两杆部间具有48°29′的角度,因此杆部向外突出接近100mm,整个端头的厚为95 mm,从而使得夹爪的高度较高,夹紧时受力较大,夹爪容易变形,夹爪刚性较差,因此,为保证产品能够正常加工出来,夹爪材料选用45号钢,热处理硬度为HRC43—48,同时设计时预留了配重位置,以减少机床转动时过大的离心力对产品加工精度的影响和对机床主轴的影响。

(2)仿形用夹具设计

V型端头在仿竹节时,由于两杆部间有48°29′的角度,因此每杆相对于缸孔端面就有一定的角度,为使其能正常加工出杆部竹节,就必须以缸孔及其端面为基准,以端头正面定位,消除三个自由度(两个转动自由度,一个平面移动自由度),而缸孔心部则以短圆柱定位消除两个移动自由度,另外一个转动自由度则利用芯轴与杆部顶针消除,这样六个自由度均已消除,从而使得夹具定位可靠,故只需在设计出的夹具体上安装一个与铅垂方向有24°15′角度的定位短芯柱,就能使杆部保持水平,满足加工条件,加工出合格产品。而在加工另一杆部竹节时,为使定位基准保持一致,必须重新设计角度与上述定位芯柱一致,但落差不同的定位芯柱,在加工时只需将其安装在夹具体上,即可加工出合格产品。仿形夹具如图4所示。

仿形夹具如图
图4

2.设备选用

通过对产品的分析,发现虽然该产品的尺寸精度和表面粗糙度要求并不太高,但是由于该产品的外形尺寸较大,重量较重,因此较小的设备是无法满足加工要求的,故根据车间的现有的设备状况,决定选用C630承担该产品孔的加工任务。在仿竹节时,由于产品的回转半径大(240×Sin48°29′=180mm)、产品重,故必须选用刚性好、效率高的机床,因此,选用CE7132仿形机床。

刀具的选用

根据前面对产品图纸的分析,知道V型端头的加工难点:是端头缸孔的加工,因此,在刀具的设计选用中主要是如何保证能够顺利地加工出合格的产品。在加工普通端头时,因其内孔简单,孔径较小,坯件也较小,质量较轻,因此,刀具的选择直接用普通的内孔刀具即可。而BBC-V型端头则不同,由于产品质量较重,杆部向外突出,原加工一般端头的普通刀具显然已无法适应该产品的加工,必须增加刀具的刚性,经材料力学的计算分析决定选用直径为φ50mm,45号钢,热处理后调质硬度为HRC38-42的材料作刀体,这样在实际加工中能够满足生产需要。