傳統(tǒng)車床加工效率低，需要對(duì)刀具進(jìn)行改進(jìn)，自制外圓油槽刀與內(nèi)孔油槽刀分別用于內(nèi)孔與外圓油槽的加工，同時(shí)，采用數(shù)控車床代替臥式車床加工螺旋槽的方式，對(duì)加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，最終通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)交叉螺旋油槽的高效穩(wěn)定加工。
序言
在滑動(dòng)軸承中，軸瓦或襯套零件中常見(jiàn)交叉螺旋槽結(jié)構(gòu)，主要用于存儲(chǔ)潤(rùn)滑油和促進(jìn)油液潤(rùn)滑[1]。圖1所示為待加工的螺旋槽結(jié)構(gòu)襯套零件結(jié)構(gòu)，工件的外圓及內(nèi)孔處均有兩條頭尾相鄰、旋向相反的油槽，內(nèi)外圓油槽的投影成X線相交，相交處的孔壁上有小孔連通，兩個(gè)小孔在圓周方向間隔180°，小孔在加工過(guò)程中起到油槽間定位的作用，每條油槽都要通過(guò)該孔。零件其他加工要求為：外圓公差±0.025mm，內(nèi)孔公差±0.021mm，內(nèi)外圓
同軸度φ0.02mm。
圖1 待加工的螺旋槽襯套零件結(jié)構(gòu)
環(huán)狀類零件的特異性螺旋線結(jié)構(gòu)決定了該結(jié)構(gòu)在實(shí)際加工過(guò)程中的難度較高，目前已報(bào)道的加工方法難以有效利用[2]。分析原因，首先，若使用臥式車床加工螺旋油槽，螺旋線的螺距大，如果工件長(zhǎng)度短，就需要非?？斓倪M(jìn)刀速度，手工退刀方
式難以準(zhǔn)確把握。其次，螺旋油槽分為左旋油槽和右旋油槽，分度操作步驟繁瑣，如果在臥式車床上加工，需要根據(jù)旋向不同分多次裝夾，且加工油槽的刀具磨制難度也較大，多利用焊接式車刀或白鋼車刀在砂輪機(jī)上手工磨制而成，再根據(jù)螺旋升角角度、油槽的旋向以及刀頭所需前角、后角和刀尖圓弧等對(duì)刀頭進(jìn)行細(xì)致磨削[3，4]，手工磨制過(guò)程中稍有疏忽就會(huì)出現(xiàn)加工缺陷，修磨也較為困難。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于一般操作人員來(lái)說(shuō)難以掌握，同時(shí)這種方式會(huì)導(dǎo)致螺旋油槽的加工效率低，特別是在加工較大批量零件時(shí)，常常無(wú)法滿足訂單出貨時(shí)間要求。
傳統(tǒng)加工方法
此前該類型產(chǎn)品的加工在臥式車床上完成，由于沒(méi)有編碼器提供主軸轉(zhuǎn)速與角度信息，因此僅能選擇油槽分步加工的形式，需要7道工序才能加工完成一件產(chǎn)品。具體加工步驟為：
①夾持棒料，鉆中孔，粗車、半精車產(chǎn)品的外圓和內(nèi)孔，倒角切斷，調(diào)頭車端面，倒角。
②鉆孔壁上的2個(gè)小孔，以小孔定位心軸，車左旋外圓油槽。
③穿心軸車右旋外圓油槽。
④去油槽毛刺后，夾持外圓加工左旋內(nèi)孔油槽。
⑤夾持外圓加工右旋內(nèi)孔油槽。
⑥夾持外圓精車鏜孔。
⑦穿心軸精車外圓。
改進(jìn)加工方法
為提升批量產(chǎn)品的加工效率，同時(shí)保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，采用數(shù)控車床代替臥式車床加工螺旋槽，并對(duì)加工刀具和工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)螺旋槽的高效穩(wěn)定加工。
3.1 加工刀具改進(jìn)
借鑒原臥式機(jī)床上加工油槽使用的刀具結(jié)構(gòu)，分別設(shè)計(jì)了圖2、圖3所示的外圓螺旋油槽刀與內(nèi)孔螺旋油槽刀，主要由刀體、成型刀頭、壓緊螺釘和角度刻度盤幾個(gè)相同部分構(gòu)成，內(nèi)孔螺旋油槽刀另設(shè)有內(nèi)冷孔。主要設(shè)計(jì)思路為：刀具安裝時(shí)將刀頭放入刀體，同時(shí)刀頭可根據(jù)螺旋升角的大小和旋向不同，通過(guò)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)調(diào)整角度，適應(yīng)螺旋升角和油槽旋向，用螺釘壓緊后，將油槽分度加工轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)整刀具角度加工，極大地降低了加工難度，使用這種刀具也能很好地減少加工時(shí)的裝夾工步。對(duì)于內(nèi)孔螺旋槽加工來(lái)說(shuō)，改進(jìn)后的刀具將成形刀頭安裝在刀體前部，更便于刀具的冷卻和排屑。
圖2 外圓螺旋油槽刀
1—成型刀頭 2—刀體 3—壓緊螺釘 4—角度刻度盤
圖3 內(nèi)孔螺旋油槽刀
1—壓緊螺釘 2—刀體 3—內(nèi)冷孔 4—成型刀頭
上述兩種刀具中刀頭的刃磨也非常簡(jiǎn)單易行，假如槽寬是2mm，就選用φ2mm的白鋼鉆頭，可以省去刀頭寬度方向的磨削工作，只需用普通挖槽刀磨出相應(yīng)前后角和圓弧即可，降低了刀具的磨制難度。
3.2 加工工藝改進(jìn)
采用SKT21數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，對(duì)機(jī)床性能和加工精度進(jìn)行分析后，初定使用兩件制加工方案，僅需要4道工序即可完成兩個(gè)油槽類零件的加工，極大地提高了油槽類零件的加工效率，銅襯套兩件合并加工如圖4所示。具體加工工序如下所述。
圖4 銅襯套兩件合并加工
1）夾持棒料，鉆中孔，粗車、半精車外圓和內(nèi)孔，在兩件產(chǎn)品中間的內(nèi)外圓處各切一條退刀槽，切斷，調(diào)頭車端面倒角。
2）鉆2個(gè)定位小孔，以小孔定位，互為夾持端，分頭加工內(nèi)外圓油槽。
3）繼續(xù)互為夾持端，精車內(nèi)外圓。
4）切斷，分別調(diào)頭車端面倒角。
3.3 加工程序改進(jìn)
在利用小孔定位，加工出第1條油槽后，發(fā)現(xiàn)若不進(jìn)行調(diào)整就對(duì)第2、3、4條油槽進(jìn)行加工，加工出來(lái)的油槽并不能十分準(zhǔn)確地滿足圖樣要求。若想加工出相隔一定距離且準(zhǔn)確經(jīng)過(guò)定位小孔的油槽，需要實(shí)現(xiàn)不同油槽之間的準(zhǔn)確分度。通過(guò)分析機(jī)床編碼器的工作原理[4]，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，每次刀尖都會(huì)從工件的一個(gè)固定點(diǎn)位切入工件，只要能夠改變刀尖在機(jī)床上的切入點(diǎn)就能夠很好地實(shí)現(xiàn)油槽間的準(zhǔn)確分度。經(jīng)過(guò)多次加工試驗(yàn)和理論分析，發(fā)現(xiàn)只要改變Z向刀具的起刀點(diǎn)，就可以十分有效地改變切入點(diǎn)位置從而實(shí)現(xiàn)加工油槽的準(zhǔn)確分度，成品零件及其油槽分布如圖5所示。
圖5 成品零件及其油槽分布
工件在中間退刀槽固定的情況下，旋向不同的油槽可以用主軸反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)分度，刀具從右向左進(jìn)給加工。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的加工程序如下所述。
結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)交叉螺旋油槽類零件在SKT21數(shù)控機(jī)床上的加工實(shí)例分析，闡述了螺旋油槽類產(chǎn)品改進(jìn)后的加工方法。這種加工方式僅需一次裝夾就能實(shí)
現(xiàn)不同旋向的4條油槽加工，縮短了生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。改進(jìn)后的加工刀具，不僅極大程度上
降低了刀具磨制難度，便于刀具的使用，而且在刀具損耗后僅需更換刀頭即可完成加工，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，提升了加工精度。該加工方法對(duì)于類似結(jié)構(gòu)零件的加工也具有一定參考意義。
