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在孔加工中，作為系統(tǒng)執(zhí)行部分的補償鏜刀桿，是系統(tǒng)的主要元件，也是消耗較多的易損件。我廠汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工自動線精鏜主銷孔工序中，一直使用可樂滿-馬波斯自動檢測自動補償系統(tǒng)(Coromant Marposs TWC System)。過去為購買易損件——山特維克補償鏜刀桿，每年要花不少外匯。為此，我們自行研制了這種鏜刀桿，并對鏜刀桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了改進，滿足了新的工作性能要求。到目前為止，這種改進的補償鏜刀桿，在我廠已經(jīng)穩(wěn)定地生產(chǎn)了多批。

1.步進電動機 2. 軸向調(diào)節(jié)補償器 3.連桿 4.拉桿 5.鏜孔零件 6.測量頭 7.測量儀表 8.控制儀表 9.鏜刀桿 圖1 自動檢測自動補償單位工作原理

1. 鏜刀桿 2.拉桿 3.密封圈 4.螺釘 5.鏜刀 6.刀片 7.支撐塊 8.碟形彈簧 9.支撐座 10.工件 圖2 補償鏜刀桿簡圖

1 工作原理

該系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。鏜刀桿9為加工完后的退出狀態(tài)。當測量頭6將測量的孔徑誤差值傳遞給測量儀表2 時，指針直觀地顯示鏜孔誤差所處的公差帶位置，即指明是在系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)或已超出工作范圍。同時將測量值傳遞到控制儀表8，按預(yù)先設(shè)定的程序進行處理(與標準值進行比較)，當鏜孔誤差超出設(shè)定的控制界限的下限時，則輸出脈沖信號到步進電動機1，步進電動機的脈沖回轉(zhuǎn)驅(qū)動軸向調(diào)節(jié)補償器2，通過軸向移動連桿3移動鏜刀桿中心孔內(nèi)的拉桿4，再通過拉桿的斜面，使刀尖徑向伸出，將鏜孔尺寸恢復(fù)到程序設(shè)定控制界限的上限，完成一個補償循環(huán)。這樣循環(huán)繼續(xù)下去，直到刀尖磨損到程序設(shè)定的最大的磨損量SDr而自動發(fā)出換刀信號為止，這期間保證所有的鏜孔尺寸都控制在公差范圍內(nèi)。

2 山特維克補償鏜刀桿結(jié)構(gòu)

如圖2 所示，帶內(nèi)冷卻補償鏜刀桿與一般鏜刀桿的主要區(qū)別是具有兩個內(nèi)冷卻深孔。另外該鏜刀桿同時加工轉(zhuǎn)向節(jié)上同軸的兩個主銷孔，在同類鏜刀桿中屬細長鏜桿，所以在鏜刀桿前端設(shè)置導(dǎo)向支承座，讓鏜刀桿伸入支承座以后才開始鏜孔，以保證鏜刀桿的工作剛性。為此，鏜刀桿前端導(dǎo)向部分開有三段共6個用以鑲裝導(dǎo)向支承塊的槽，每段兩個槽徑向?qū)ΨQ，支承塊有徑向浮動量，由小碟形彈簧支承，還有兩個彈性刀夾槽。其余結(jié)構(gòu)與一般鏜刀桿相同。

3 鏜刀桿的關(guān)鍵制造工藝

1. 容納拉桿的f12H7×392mm深孔的加工

   該孔與補償拉桿配合，其性質(zhì)有如滑閥孔與閥芯的配合，理論上最小間隙為零，孔粗糙度Ra0.8μm。我們在深孔鉆床上用槍鉆頭加工。槍鉆的優(yōu)點是鉆進直線性好，加工孔徑尺寸準確，粗糙度值較小。但當深孔鉆床性能下降時，鉆削孔徑精度難以達到要求。此時，也可適當放寬孔徑公差，配用研磨棒研磨，以提高孔的圓柱度和減小表面粗糙度值。然后配磨拉桿，使拉桿與孔的配合間隙近乎于零，以能移動自如為準。
   

   圖3 精密鉆模

   
   

2. 內(nèi)冷卻用的2-f4.2×332mm深孔的加工

   這兩個不在軸心線而且長徑比較大的深孔比上述深孔更難加工，因為零件不能旋轉(zhuǎn)，很容易鉆偏，特別是兩小孔的孔壁離鏜刀桿外圓僅4.4mm，鉆孔時很容易穿破鏜刀桿外圓而報廢。我們使用普通麻花鉆頭，由鉆模(圖3)導(dǎo)向在搖臂鉆床上加工，用5根長度遞增鉆頭分5段鉆成。鏜刀桿直立裝在組合夾具上，用V形定位，保證其與搖臂鉆主軸回轉(zhuǎn)軸線同軸。鉆模制造時為保證導(dǎo)向孔與鉆模外圓軸線平行，導(dǎo)向孔在坐標鏜床上先用中心鉆和較小鉆頭按坐標從兩端預(yù)鉆小孔，保證兩端小孔的同軸度，然后用f4.2鉆頭從一端鉆通接上。鉆模經(jīng)氮化處理以保證導(dǎo)向孔的耐磨性。

   
   

3. 浮動支承塊的裝配

   根據(jù)鏜刀桿浮動導(dǎo)向支承塊的工作性能，支承塊圓弧的最終加工放在鏜刀桿預(yù)裝配時進行。這時裝支承塊，要墊入一塊厚度等于碟形彈簧組工作狀態(tài)時的高度的墊塊，為碟形彈簧留一高度。6個支承塊預(yù)裝于槽內(nèi)和鏜刀桿一起磨出外圓，然后卸下待鏜刀桿，精磨后連碟形彈簧一起再裝入支承塊槽內(nèi)。注意控制碟形彈簧的高度，以保證支承塊進入導(dǎo)向孔時對碟形彈簧的壓縮量及其預(yù)壓量，以產(chǎn)生足夠的支承力，又使支承塊進入導(dǎo)向孔時，不致將碟形彈簧壓死。標準碟形彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力量一般滿足不了該鏜刀桿的要求，我們采用的是自制碟形彈簧。

   
   

4. 鏜刀桿的選材及熱處理

   和所有精密鏜刀桿一樣，該鏜刀桿為獲得足夠的強度和耐磨性，選用38CrMoAl經(jīng)輝光離子氮化處理。機械加工前作調(diào)質(zhì)處理為氮化處理做好組織準備，又有較好的機械加工性能。氮化前做兩次時效處理以消除機械加工應(yīng)力，減小氮化時的變形，保證鏜刀桿精磨以后有均勻和較厚的氮化層，使鏜刀桿有較好的精度持久性和較長的使用壽命。

   
   

圖4 轉(zhuǎn)向節(jié)精鏜工序草圖

4 鏜刀桿的結(jié)構(gòu)改進

1. 改進的目的

   由于被加工零件汽車轉(zhuǎn)向節(jié)主銷孔兩孔長度不一致(圖4)，短孔長54mm，長孔長80mm，兩孔長度比近似達到1:1.5，使鏜刀桿上兩個刀尖磨損不同步，即每次鏜完孔后，刀尖磨損量不一樣，鏜完若干孔以后，刀尖總的磨損量也不一樣。原鏜刀桿對兩個刀尖的補償是同步的而且補償量是完全一致的，使用自動補償就會造成部分零件的短孔超上差，或者長孔超下差，迫使操作者不得不采用人工補償，并且每次更換刀片調(diào)刀尖時，有意使鏜長孔的刀尖比鏜短孔的刀尖的徑向多伸出一些，即鏜短孔刀尖按直徑+0.030mm調(diào)刀，鏜長孔刀尖按直徑+0.040mm調(diào)刀。而且操作者在自動線加工一定數(shù)量零件后要抽查短孔或長孔尺寸，當發(fā)現(xiàn)孔徑接近下差時，及時人工向控制儀表輸入補償量。這樣雖可以保證鏜孔尺寸合格，但孔徑散差大，造成壓主銷孔襯套時有的套與孔配合太松，有的配合太緊而收縮量大，不得不在自動線后增加一道推孔工序，即對孔徑太小的孔用推刀再推一次然后壓襯套，非常麻煩。下面將用刀尖工作循環(huán)動態(tài)曲線對出現(xiàn)這種缺陷進行具體分析，說明改進措施及效果。

   
   

2. 分析現(xiàn)有缺陷

   根據(jù)TWC系統(tǒng)的應(yīng)用手冊推薦，對標準鏜桿的調(diào)整是：設(shè)定刀尖的半徑上的工作范圍為W≈(r₁-r₂)/2式中r₁、r₂分別為孔的最大半徑與最小半徑。

   根據(jù)孔的尺寸公差，計算得刀尖在半徑上的工作范圍為W=8μm，每次補償數(shù)，取Dr=6μm。
   

   圖5 以長孔測量值輸入所得刀尖磨損及補償動態(tài)曲線

   如果以長孔的測量值作為補償?shù)妮斎胄畔?，由于孔長不一致，得到鏜孔時兩孔半徑上刀尖磨損及補償動態(tài)曲線(圖5)，其中實線為長孔刀尖動態(tài)曲線，虛線為短孔刀尖動態(tài)曲線?？梢娪捎诙炭椎都饽p慢，使短孔將有部分超上差可能。同理，如果以短孔的測量值作為補償?shù)妮斎胄畔?，則又因長孔刀尖磨損快而有部分長孔超下差可能。

   如果以長孔和短孔的測量值之和的一半作為補償?shù)妮斎胄畔?，將可能同時有部分長孔超下差，部分短孔超上差。正因為這樣，當加工到一定零件數(shù)以后，操作者不得不趕緊抽查孔徑尺寸，避免超差。這樣刀尖遠遠發(fā)揮不到系統(tǒng)正常使用時的總補償數(shù)SDr，即縮短了刀頭的使用壽命。

   
   

3. 改進措施

   為此，我們對鏜刀桿的斜面調(diào)整角a進行改進。眾所周知，當切削用量不變時，刀尖的磨損程度與切削路程有關(guān)，切削路程大磨損也大，刀尖正常磨損階段中磨損量與切削路程近似成正比。在同樣的工作班時間里，長孔刀尖比短孔刀尖磨損大，為使每次補償后兩個刀尖都大體恢復(fù)到設(shè)定的工作范圍的上限，要求長孔刀尖每次補償量比短孔刀尖大，即長孔的補償量與短孔的補償量之比相當于長孔鏜孔長度L_H與短孔鏜孔長度L_S之比。
   

   a—刀桿調(diào)整角 rj—一個脈沖補償量 A、B—杠桿臂長 p—補償螺桿節(jié)距 圖6 補償機構(gòu)

   如圖6所示，根據(jù)TWC補償機構(gòu)工作原理，補償器每個脈沖產(chǎn)生的刀尖半徑補償量為
   

   rj=	p×1000×A	tana
   	400×B

   式中	rj——1個脈沖的刀尖補償量，μm a——刀桿調(diào)整角，(°) p——補償器螺桿節(jié)距，mm A、B——杠桿臂長 400——步進電動機轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)所需脈沖量

   刀夾是標準件，A/B為定值，p為常數(shù)，要想改變刀尖一個脈沖的補償量只有改變調(diào)整角a。所以，要求長孔刀尖調(diào)整角a_H與短孔刀尖調(diào)整角a_S的比例關(guān)系為tana_H/tana_S=L_H/L_S

   設(shè)定a_S=3°

   則a_H=arctan(tan 3°80/54)≈4.5°
   

   圖7 改造后以長孔測量值輸入所得刀尖磨損及補償動態(tài)曲線

   具體程序設(shè)定中，以長孔測量值作為補償信息，為適當照顧兩刀尖磨損不一致，取刀尖工作范圍W=10μm，長孔每一次補償總數(shù)Dr(長)=8μ，根據(jù)兩刀尖調(diào)整角a的比例關(guān)系，可推得短孔每次補償數(shù)為Dr=5μ，改進后的刀尖磨損及補償動態(tài)曲線如圖7?？梢姡薷牧说都庹{(diào)整角a以后，兩個刀尖的磨損和補償量都能保持穩(wěn)定狀態(tài)，使鏜孔尺寸實現(xiàn)了受控狀態(tài)。

   
   

4. 改進效果

   • 調(diào)刀時兩刀尖可以調(diào)成一致，操作方便；

   • 兩孔刀尖磨損雖不一致，但每次補償后兩刀尖又回到調(diào)刀時的同一起點，使鏜孔尺寸分散度變??；不再出現(xiàn)超差零件，不用再增加推孔工序；

   • 真正實現(xiàn)TWC系統(tǒng)的自動補償功能，使總補償量SDr得以提高，一次調(diào)刀能加工較多零件，提高了自動線的生產(chǎn)率；

   • 短孔刀尖使用壽命還是略有浪費，這是零件轉(zhuǎn)向節(jié)兩孔長度不等留下的唯一不足。

   
   

文章來源：中國刀具信息網(wǎng)　　添加人：阿刀