在薄壁件加工過程中, 經常會由于夾具的夾持力而引起工件變形, 當加工完成夾持力釋放后, 工件又回復到原來的形狀, 造成圓度。橢圓度誤差太大, 往往達不到用戶預期的目的, 這種現象在機械加工中被稱為“ 復原現象” 。隨著工業的高速發展, 對薄壁件車削加工的要求也越來越高。我們知道, 對于薄壁件的車削加工, 夾具是最重要的。夾具的結構選定后, 夾持力的大小是所加工工件變形的關鍵。我廠在為加工鐵姆肯軸承圈所設計生產的機床中采用意大利產S MW 一A U T O BLO K T S 浮動爪卡盤, 效果較好,滿足了C p k ≥1. 6 7 的要求, 得到了用戶的認可。
S MW -A U T O BLO K T S 浮動爪卡盤是一種采用杠桿且爪在其軸線上可做一定旋轉的自定心卡盤, 其結構如圖1 和圖2 所示。它不僅可外夾和內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行外夾和內撐。在軟高爪與基爪連接處有一個可調心斜鍵, 可做微型調整工件中心時用。還具有拉回功能, 使工件牢固靠死在定位面上。從卡爪的結構來看, 采用三爪六點均布夾緊方式, 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鍵因素。
1 S MW -A UTO B LO K T S 卡盤夾持工件時所
需油缸油壓的計算
1.1 加工工件所需主切削力Fz的計算
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一進給量,m m /r;
K 一修正系數。
1.2 靜態夾持力Fs d 的計算
如圖3 所示, 根據庫侖定律:
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。
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運動, 如圖3 所示Fra 所產生的力矩T d a 必須大于切削力F：所產生的力矩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 的計算(A U TO B LO K 提供)
Fe t=3 (m r + Q ) W2 (N )
式中: m 一一個卡爪加上安裝螺釘的質量, k g;
r 一卡爪質心的回轉半徑,m ;
Q一考慮離心力辛嗜系統, 卡盤的離心值, k g m;
w一卡盤的角速度, ra d /s e c ;
3 一爪的數量。
1.4 實際夾持力Fs 0(h l)與靜態夾持力Fs d 的關系
在實際車削過程中, 卡盤在高速旋轉, 從而產生了離心力。當外圓夾持時, 夾持力會相應減少, 當夾持面是內圓時, 夾持力會相應增大。如圖1 所示, T S 卡盤零件的幾何形狀, 可補償離心力。對某一轉速下:
Fs d =Fs o (h l)－Fe t (2 )
1. 5 實際夾持力Fs o (h l) 的計算
如圖1 所示, 對T S 卡盤, 在拉桿拉力Ft 轉換到卡盤夾持力F5 0 的過程中, 卡爪繞O 點做角移動。所以不同的加工工件卡爪不同, h 也不同, 根據杠桿原理
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A U T O B LO K 資料, 按公式(4 )計算:
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。
1.8 聯立公式(1 )~公式(5 )得:
2 實際應用
以在C K7815C 上用T S F-C2 5 0 加工軸承圈時卡盤所需油壓的計算為例(機床驅動動力足夠。鑒于雙方技術協議的原因, 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, 安裝在我們設計的高爪上, 根據5 Mw 峨u T O B LO K 提供資料,∪取0. 6 。
由《機械設計手冊》查得, 對軸承鋼GCr l5, p =210 7 N/m m 2, 實際應用中最大切削深度a =4 m m ,最大進給量f= 0. 3 m m/r, K 取1。
得: Fz = 2 5 2 8. 4 N。
對T S F-C250 卡盤, Q=－0. 0 4 4 , 我們所設計高爪重量m =1kg , 重心回轉半徑r= 0. 0 82 m, 采用最高轉速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
考慮到力在機械傳遞過程中的損失和液壓系統的要求, 為了安全, 我們取p = 2 × 0. 6 1 5 = 1. 2 3 6 MPa 。
在實際驗收過程中, 我們讓油壓由1. 23 6 M Pa 向上變化, 進行不同壓力下的車削試驗, 采用1. 8MPa 的油壓也可以滿足用戶的要求。若油壓大于1. 8MPa , 就會出現Cp k 值不合格的問題。據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收人員講, 他們多年的經驗是油壓為l. 5MPa 。從安全角度和實際應用考慮, 我們用1. 5MPa 油壓作為驗收所用油缸壓力, 并通過了驗收。
3 結束語
根據以上計算和試驗, 5 MW -A u T O BLO K T S 卡盤可用于鍛件毛坯狀態下的薄壁軸承環的大批量生產。在實際加工過程中可根據不同工件的具體情況,計算出所需油壓, 再根據具體加工工藝要求及安全性考慮, 調整油壓, 直到安全經濟地滿足加工工件要求為止, 這樣即可確定實際加工所需油壓, 進行大批量生產。尤其在軸承行業中, 這是很重要的。現在在中國軸承行業中, 仿形車床和半自動液壓車床所占比例很,大, 如何推動和實現軸承行業的數控化生產, 這還需要我們對包括軸承加工工藝。設備在內的諸多問題進行進一步的探討。
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