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细长轴多角位键槽加工夹具设计

细长轴多角位键槽加工夹具设计

在产品加工过程中，经常会遇到一些细长轴类零件，根据设计要求加工多个键槽，这些键槽尺寸、几何公差要求较严，各键槽间、键槽与***基准孔间有着较严的角位要求，用普通的划线方法难以保证。同时细长轴类零件刚性差，装夹后零件易变形，装夹困难， 在分度头上无法装夹，由于分度头也存在一定的***及传动间隙，对于一些精度较高的零件，难以保证加工要求。通常此类零件加工需要在一些专用数控机床上加工，在批量不大的情况下，专门购买设备加工会使加工成本提高，经济效益降低。为此，通过设计应用专用夹具，可在普通铣床上实现此类零件的加工，降低制造成本，提高经济效益。

零件技术难点分析

以某柴油机凸轮轴为例，该零件总长为2 452mm，直径为125m5， 长径比达到19.6，属细长轴类零件。零件要求在外圆上加工6个键槽，键槽宽度尺寸为32p9，键槽间存在一定夹角，各键槽间角度偏差要求不大于±15′，并与装配基准孔φ 10H7的角度偏差不大于±15′，相对于凸轮轴外圆的对称度不大于0.03mm。其结构简图如图1所示。

图1　某柴油机凸轮轴结构简图

由以上结构分析可知该零件键槽加工过程中存在以下技术难点：①键槽间的角度偏差±15′及与装配基准孔φ 10H7的角度偏差不大于±15′要求较高，利用一般的对线、分度头等加工方法难以保证。②键槽相对于凸轮轴外圆的对称度不大于0.03mm，由于零件属细长轴，刚性装夹过程存在装夹变形，难以保证。

通过进行结构分析和加工工艺方案研究，结合加工设备的具体结构，设计了角位分度夹具、零件***夹具和对刀块等夹具，保证了零件的技术要求。

夹具设计

角位分度夹具。为了保证零件键槽间及与装配基准孔φ 10H7的角度偏差，设计的角位分度夹具，结构如图2所示。该工装通过菱形***销，以零件的一端***凸台及装配基准孔φ 10H7为基准***，根据零件的角度，设计了铣键槽的六方分度盘，分度盘各六方面间角度为60°±2′，在加工零件键槽过程中，通过螺栓、垫圈和螺母将零件与六方分度盘紧固在一起，机床主轴始终保持水平不动，通过旋转找正六方分度盘上的六个平面在水平方向跳度不大于0.03mm，保证零件的旋转***，从而保证各键槽间的角度公差要求。

图2　角位分度夹具

1.六方分度盘 2.螺栓 3.垫圈 4.螺母 5.菱形***销

***夹具（见图3）。由于该零件为细长轴，刚性较差，零件由于自重易发生自然弯曲，影响键槽加工精度。为此设计了V形块来解决该问题。在零件加工过程中根据零件长度选择合理的V形块的数量，加工时通过找正样棒，先将V形块中心找正在一条直线上，使各V形块中心偏差不大于0.015mm，找正后压紧V形块。然后再将零件装夹到V形块上，通过压板压紧零件，实现零件的装夹。

图3　***夹具

1.压板 2.样棒 3.V形块

铣键槽对刀块（见图4）。在零件加工过程中，为了提高加工效率，降低加工难度，设计了铣键槽对刀块，保证键槽的对称度要求。加工过程中将两个铰接在一起的V形块装夹在零件外圆上，找平对刀面后，将键槽铣刀装入主轴，通过塞尺校验，保证键槽铣刀中心与对刀槽中心重合偏差不大于0.01mm，从而保证加工出的键槽对称度偏差满足设计要求。

图4　铣键槽对刀块

加工方法

在加工过程中，首先找正***夹具的各V形块中心，偏差不大于0.015mm。压紧V形块后，装夹零件，检查零件侧母线，确保零件未发生弯曲变形。利用铣键槽对刀块调整机床主轴使之与φ 125m5外圆轴线同心。然后将分度夹具装夹在零件法兰盘端，并用零件的φ 65h6及φ 10H7销孔***， 找平六方分度盘上的平面，要求100mm内跳动差不大于0.05mm，压紧零件后铣键槽（见图1，6个键槽自左至右依次排序①～⑥）①、②，松开零件，工件旋转60°，找平六方分度盘，压紧零件，对正机床主轴与零件主轴后，铣键槽④，随后按以上步骤依次加工键槽③⑤⑥。按以上加工步骤加工完零件后，经过检验零件完全满足设计要求。

结语

通过设计、应用专用的工装夹具，可在普通键槽铣床上实现大型细长轴零件多角位键槽的精密加工，在保证零件加工精度的前提下，节约生产成本，提高加工效率。应用前景较好，可推广。

金属切削过程的描述

（一）变形程度的表明办法切削层金属变形主要是剪切滑移变形，因此用相对滑移来表明切削层变形程度。

1. 相对滑移 如图1-12a所示，假定四边形OHNM发作剪切变形后，变为OGPM，其相对滑移为：刀具切削时的变形如表明成如图1-12b所示情况，当工件以切削速度vc向刀具移动时，假如没有刀具阻止，点M将移至点N，但由于刀具的阻止，切削层由MN流动到MP（OH向OG），此刻的相对滑移ε应为：用ε能较准确地表明出切削层的变形程度，但它是依据纯剪切计算的，而实践切削进程除剪切外，还有揉捏作用，故用ε表明切削层的变形有必定的近似性，且计算杂乱。

2. 变形系数 实践切削进程中，切削层金属受到揉捏变形后，切屑厚度比切削层变厚，长度比切削层缩短（见图1-13），故可用变形系数来表明。切屑厚度与切削层厚度之比称为厚度变形系数切削长度与切屑长度之比称为长度变形系数一般情况下，切削层宽度方向变化很小，依据体积不变原理，显然

此办法直观简洁，故定性分析问题时用得比较多。外文文献中常用切削比表明变形，且有

3. 剪切角 剪切角是剪切滑移面与切削速度间的夹角，它表明了剪切滑移面的位置，用φ 表

示。

（二）积屑瘤

积屑瘤是切削加工中简单发作的重要加工现象，它的存在对切削加工进程有多重影响，因此有必要了解积屑瘤构成的进程、条件、影响及防备措施等内容。

1. 积屑瘤的意义 在金属切削进程中，常常有一些从切屑和工件下来的金属冷焊（粘结）并积在前刀面上，构成一个非常坚固的金属堆积物，这种金属堆积物称为积屑瘤（见图1-14）。

2. 积屑瘤的构成 切屑对前刀面接触处的摩擦，使后者非常洁净。当两者的接触面达到必定温度，一起压力又较高时，会发作粘接现象。这时切屑从粘在刀面的底层金属过。假如温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形硬化，被阻滞在底层，粘成一体。这样粘接层就逐渐长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附停止。

3. 影响积屑瘤的因素

（1）切削速度的影响，如图1-15所示：切削塑性金属时，在低速规模区内不发作积屑瘤；当速度不大于20m/min左右时，积屑瘤高度随切削速度而达蕞大值；当切削速度在20~60m/min时，积屑瘤高度随切削速度增加而减小；当速度大于60m/min左右时，积屑瘤不再生成。

（2）进给量、前角等参数的影响，如图1-16所示。

4. 积屑瘤对切削进程影响

（1）增大刀具的实践前角。

（2）积屑瘤使背吃刀量增加Δac。积屑瘤的发作、成长与脱落是一个周期性的动态进程，Δac值是变化的，因而易引起振荡。

（3）积屑瘤顶部很不安稳，易决裂留在加工表面上，使加工表面很粗糙。

（4）使用硬质合金刀具时，积屑瘤的决裂有可能使刀具颗粒剥落，使磨损加重。

5. 积屑瘤的主要防备办法

（1）调整切削速度，使粘接现象不易发作。

（2）选用高速切削。

（3）选用光滑性能好的切削液，减小摩擦。

（4）改动刀具几许参数，例如增加刀具前角，以减小刀屑接触区压力；选用银白屑切削法（见图1-17）等。

立铣刀螺旋角的挑选门路

咱们一直在努力

立铣刀的根本刃口形状（螺旋槽形状）有直形和螺旋形两种。螺旋角可分为30o、45o、50°等，种类丰富多样。由于螺旋刃立铣刀相关于直刃具有切削轻快、平稳、和运用范围广等长处，因而在铣削加

工中得到了广泛应用。现在来介绍一下怎么区别运用。

刃天行即将推出超硬系列立铣刀——由注铭刀具生产商OSG制作！

1螺旋角的作用

立铣刀的螺旋角越大，工件与切削刃的接触长度就越长。这样能够下降单位长度切削刃所接受的负载，因而可延伸刀具寿数。但一起，切削阻力会变大，因而必须考虑选用夹持刚性高的刀柄。

小螺旋角型立铣刀：

切削刃长（蓝线部分长度）? 短

大螺旋角型立铣刀：

切削刃长（红线部分长度）? 长

2螺旋角特性的归纳

硬质合金立铣刀大致长这样

特别的螺旋角

有一般刃、锥形刃、粗加工刃

? 螺旋角与切削阻力

切向切削阻力随螺旋 角的增大而减小，轴向切削阻力随螺旋角的增大而增大。

? 螺旋角与前角

螺旋角的增大使立 铣刀实际前角增大，刃口愈加尖利。

? 螺旋角与被加工面精度

一般被加工面的笔直度和平面 度公差值随螺旋角的增大而增加，但螺旋角大于40°今后反而随螺旋角的增大而呈减小趋势。

? 螺旋角与刀具寿数

圆周刃刃带的磨损速度与螺旋角巨细根本成正比；另一方面，当螺旋角很 小时，细微的刀具磨损也将显着下降刀具的切削性能，引起振动，使刀具无法持续运用。当螺旋角 过大时，刀具刚性变差，寿数减低。

? 螺旋角与被切削资料

加工硬度低的软质资料时，用大螺旋角，以增大前角，进步刃口的尖利性；加工硬度高的硬质资料时，用小螺旋角，以减小前角， 进步刃口的刚性。

3螺旋角的挑选

关于不锈钢类导热率较低且对刃尖受热影响较大的难切削资料，选用大螺旋角型立铣刀进行切削，有助于延伸刀具寿数。

此外，精加工面的特性因螺旋角而发作改动。例如，需进行滑润精加工时，有时也可运用大螺旋角型立铣刀。可是，运用大螺旋角型立铣刀时，切削阻力会增大、右螺旋角刀具向外脱出的力也会变大，因而必须采取相应措施，如运用夹持刚性高的刀柄。尽管可保证刀具的刚性，但在薄板加工等工件刚性较低的情况下，有时也会运用小螺旋角型立铣刀。

4螺旋角50°的大螺旋立铣刀

侧面精加工用立铣刀

选用多刃规划，刀具刚性好，能蕞大极限减少侧面切削时的让刀量。

刃尖经过尖角保护处理，能蕞大极限地***刀尖崩刃。

5.60°螺旋角型立铣刀：

适合SUS304不锈钢等难切削资料高速切削

关于导热率低，切削时刃尖温度较易上升的难切削资料，共同的刀刃形状可***切削热对刃尖的影响。

6实现高速加工的粗加工型立铣刀

选用45°螺旋角与共同的槽形状，一起实现高速加工与高耐磨性。

选用细齿纹断屑槽，加工后的表面粗糙度良好。

选用润滑性优异、耐热性好(耐热温度1100℃)的涂层。

终螺旋角是螺旋刃立铣刀的主要参数之一，螺旋角巨细的改动对刀具的切 削加工性能有很大影响.跟着数控加工技能和柔性制作技能的开展，在刀具制作工艺上改动螺旋角的巨细已成为可能和十分简便。如果进一步深入研究螺旋角巨细对螺旋刃立铣刀切削性能的各种影

响，在制作和选用螺旋刃立铣刀时，结合机床和工装卡具的性能，依据被加工资料的性能及加工精 度、加工效率以及刀具资料和刀具寿数等因素归纳考虑，优化螺旋角的巨细，无疑会对促进、

高精铣削加工起重要作用。