加工深孔内球面刀具的设计

设计与制造机械研究与应用加工深孔内球面刀具的设计张秋来(广东省高级技工学校，广东博罗 516100)摘 要：阐述了内球面盲孔刀具的结构，工作原理，并以深孔内球面盲孔零件加工为例,介绍了深孔内环盲孔的加工 方法。这种刀具结构简单，使用方便,工作范围可调节，能车出各种孔深不一，直径不同的内球面，在生产实践 中，该刀具能减少劳动强 度，提高工效及加工质量。关键词：内球面；刀具；连杆中图分类号：TG71文献标识码：A文章编号：1006- 4414(2009) 04- 0088- 03Cutti ng tool design on processing deep hole inner sphericalZhang Q iu- lai(Guangdong institute of techndogy, boUo Guangdong 51610Q China)Abstrac t In this article the construction of nner spherical blind hole tool and its working principle areman ly introducedW hat smore it presents the processhg method of the deep hole nner blind hole based on the examp le of the deep hole nner b lnd hole parts process W ith a uncomplicated structure and an adjustable work ing range this knd of tool could be used to lathe nner spherical in d ifferent diam eters and depthes of ho les conveniently In daily practice his t)ol is used to reduce the labor intensity m prove ergonomics and process quality.K eyword s inner spherical; too； connecting bar图21刀杆结构图1车刀 2旋转座 3.连杆 4、7封板5刀杆6拉杆轴 8定位轴、垫圈、螺母刀杆结构如图3所示，刀杆材料选用 45钢调质，1引言在生产加工中，我们经常会遇到孔深不一，直径 不同的内球面零件，如图1所示，工件材料为1Cr18Ni9T,i根据零件的结构特性，在加工中存在 以 下几个方面的困难。图1内球面零件(1) 工件材料塑性大，切削加工性差，表面加工 易硬化，切削负荷大，导热性差。加工时，切削热集中 在刀刃上，易产生刀瘤，使刀具磨损加剧。(2) 工件孔深且为盲孔，孔底部为球面，刀杆细 长，车削时易产生振动，加工质量不易保证。(3) 刀杆较长，刚性不足，强度低，加工中易 振 动。(4) 这些工件原来在数控车床上加工，精加工时 要求一次完成内孔及内球面的车削。在加工过程中不允许换刀，但由于刀杆细长，产生让刀现象，孔壁的 粗糙度值增大。(5) 如果将刀杆直径增大，则在加工内孔时，刀 杆与孔壁间隙小，引起排屑不畅，造成堵塞，冷却润滑 液进入困难，刀具磨损加剧，影响加工质量。为了满足生产的需要 ，使工件加工质量保持稳 定，保证加工尺寸精度，提高劳动生产效率。本文设 计了一种车削深孔内球面的专用刀具。2刀具的结构本专用刀具是针对图 1所示零件而设计，刀具应 在能使切削顺利排出的情况下，尽量提高刀杆的强度 和刚性，避免在加工过程中刀杆的振动，保证加工精度，并实现刀具的旋转，满足车削内球面的需要。按照工件孔的深度和内孔直径 ，根据曲柄滑块机 构的工件原理，内球面刀具如图 2所示。收稿日期：2009- 07- 18作者简介：张秋来(1973-)，男，湖南礼陵人，高级技师，主要从事机械方面的教学工作。88fW4-2010 China Academic Journal Electronic Publishing Hqiiw All rights reserve(1.机械研究与应用I 工件签刀杆二连杆 讥中心架 生刀杆安裝座取拉杆回转萍&定位雅 架调质硬为40 45HRC,使刀体有 良好的综合力学 性 能。本刀具刀杆结构形 状的设计，使刀杆的直径增 大，折弯强度提高，防振能力增强，从而使刀杆拥有足 够的强度的刚性。在刀杆的加工中，为了保证两16偏心孔的同轴度，在加工中注两孔的定位、 焊接，再用 修配法保证两孔同轴度。图3刀具实物图旋转体结构：旋转体即是曲 柄滑块机构中的 曲 柄，属易磨件。为了防止旋转体磨损影响加工零件的 精度，要合理地提高其硬度。同时，又要保证其能耐受一定的冲击载荷能力。因此，旋转体采用 40Cr调质处理，硬度达42 45HRC。为了加工方便，旋转体 上装刀部位的孔做成圆柱孔，刀具材料选用硬质合金 焊接刀片，刀杆用一圆棒，将刀片焊接在棒料上。连杆结构:材料选用45钢调质处理，硬度达 35HRC，连杆与旋转体及刀杆的连接用圆柱销，做成12H7/g6配合，以提高零件的加工精度和保证运动 的灵活性。拉杆轴结构：拉杆轴采用45钢调质处理，保证刀 杆具有良好的综合力学性能 ，拉杆直径为 16长度 为700mm，属细长轴类，拉杆硬度达 280HBS左右。综合前面所述，该刀具拉杆轴与连杆，连杆旋转 体通过销轴进行连 接，刀杆、刀座、封板焊接成刚 性 体，拉杆轴可在刀座与封板的内孔中自由滑动，旋转体与刀座通过定位轴，轴套进行连接，各连接件之间 均采用滑动配合。刀具采用螺钉压紧结构，螺钉通过刀片沉孔夹紧 刀片，结构简单、零件少、定位精度高、刀杆前部为圆 形杆，最前端为球面，以便伸入工件内孔。后部为柜 形支承板，便于车床刀架夹持。3工作原理在车床上使用时如图 4将刀具安装在车 床刀 架上，调整好中心，在尾座上安装一钻夹头，用钻夹头 夹紧拉杆轴右端，当转动尾座手轮时，尾座锥套带动 拉杆轴作轴向移动，拉杆轴向后移动时，带动连杆进 而带动旋转体以基准轴为中心作旋转运动，旋转体绕圆销做顺时针转动。而装在旋转体上的轴，便以刀尖到基准轴中心的距离为半径作切削球面的圆周运动，即可加工出内球面盲孔。这样就能根据刀尖到基准 轴心的距离加工出不同半径的内球面。刀具旋转 90!时，拉杆轴行程的计算如下。根据图5拉杆轴行程图结构设计 ，AB的初始角 为75!，AB长为23mm，BC长为 54 8mm 尾座杆螺 距是5mm，单线。由 BC/sin105! = ABsin? ACB即 54 8/sin105! = 23/sin? ACB得：？ ACB# 23. 92!则：？ ABC= 51. 08!又,AC /sin? ABC= 54 8/sin105!得：AC# 44 14mm同理 54 8/sin15!= 23/sin?AC£1得：？ AC1B1 # 6 24!则：？ AB1C1 = 158 76!又，AC1 ? AB1C1 = 54 8/sin15!则:AC1# 76. 705mm则拉杆轴行程L = CC1 = 32 6mm根据 L = n ?P 可推出：n = L/P= 32. 6/5# 6 52 则手轮应转6 5转。图A 刀杆结构图图，拉杆轴行程图4深孔球面刀具的设计(1) 刀具设计时，首先应保证刀具中心高与主轴 中心线等高。(2) 拉杆轴 与刀杆内孔为 间隙配合，选用H 7/(3) 刀杆加工中，注意保证两端16孔的同轴度，同轴度公差不得大于 0 1 mm。调节尾座丝杆与螺母间隙，防止轴向窜动量 过大。899*94-201 <rhina Academic Journal Ekcironic PublishinK Hqii坤也 All ritfhis reserved. h(tn:/设计与制造机械研究与应用(4) 装配时，注意保证旋转 体转动自如无梗 阻 现象。(5) 刀具安装时，刀具的回转中心应同被加工球 面的球心重合。刀尖的回转中心应同被加工球面的球心重合，刀尖的回转半径及中心高应符合要求。(6) 车刀必须根据所加工的零件材料和精度要 求，选择相应的刀具材料及切削角度。(7) 车刀刀尖伸出不能太长，以免影响车刀 刚性。5 加工方法(1) 工件焊接后进行消除内应力处理。在车床 上先粗车外圆内孔后，在工件两端法兰上建立找正基准，后精车外圆及外球面。为解决工件刚性差的问 题，避免装夹变形，工件通过定位工装和中心架进行 固定。(2) 用卡盘将定位工装卡住，按工件法兰外圆配 车定位止口后，利用止口定位，将工件用螺栓固定在 定位工装内并用中心夹支承工件。(3) 将专用刀具装夹在刀杆安装座内，利用刀杆安装座的开口槽将专用刀具固定，并将刀杆安装座固定在车床的刀架上，连杆轴右端夹紧在尾座夹头上。(4) 车削球面时，转动车床尾座的操作手柄，利用尾座套筒的轴向运动，通过钻夹头使拉杆轴沿轴向 移动，拉杆轴推动连杆，连杆带动旋转体上的车刀绕 定位轴转动，从而完成车削深孔内球面。(5) 车削时，在工件孔口进行对刀，以控制内孔及内球面的尺寸。深度尺寸可通过测量内深，并用刀 杆上的定位套与大拖板的刻度值来进行控制。(6) 冷却液采用硫化切削液，冷却液的输送管通 过刀杆并回定在刀座上，使冷却液直接从刀座喷向车 刀，将铁屑从工件内孔冲出。(7) 为避免切削成带状缠绕在车刀上，拉伤孔 壁。精车时合理选择切削用量和在车刀上磨出合适 的断槽，控制断屑效果。(8) 精车时刀片材料先用YW 1刀刃保持锋利，改善散热条件，减少车刀与工件的磨擦，防止表面的 硬化。6结语该刀具结构简单，车刀回转半径有一定的调整量，可满足一定范围内不同半径内球面的加工需要，且尾座杆能均匀进给，可保证内球面的加工质量。如 需加工不同内球面深度，则只需改变刀杆的长度即 可。生产实践证明：在车床上通过此专用刀具，实现 了内球面盲孔的车削，表面粗糙度可达Rai 6um，尺寸精度可达7级。不仅生产效率高，加工成本低，而 且也可以得到稳定的加工质量。参考文献：1 庞玉华.金属塑性加工学 M .西安：工业大学出版社，2005.2 陈宏钧，马素敏.车工操作技能手册M .北京：机械工业出版 社，1998.陈家芳.实用金属切削加工工艺 手册M .上海：科学技术 出版 社，1994.(上接第87页)说明本系统软件的计算结果准确可靠。图4基本参数校验界面带式输送机的应用符合现代化工业需要，对带式 输送机设计技术提出了更高要求，应用先进的设计分 析技术和系统软件，是设计安全、稳定、高效和节能的 输送机的需要。本文将计算机辅助设计技术应用于 带式输送机设计，开发了一套基本完整的带式输送机 设计系统。参考文献：1 宋晓琨.DTII(A )型带式输送机设计选型系统的研制开发J. 机械工程与自动化 ，2007( 4): 81 - 832 北京起重 运输机械 研究所.DT% (A)型带式输送机设计手 册 M .北京：冶金工业出版社,20033 曹 青.VisualBasic程序设计教程M .北京：机械工业 出版社, 2002.4 ScotM cfarlane罗 阿理，卢迪译.AutoCAD数据 库连接M .北 京:机械工业出版社,2001.5 何青.大型带式输送机的计算机辅助设计J.煤矿机械,2002(6): 71- 73.904-2O'.OAcdtirfiic JournalPchlisliink； IR-mse. Al' righLs 心曲"吐削