方 紅 管允劼 李 虎 高貴純 朱 文
(中國工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所, 四川 綿陽 621900)
在生產(chǎn)過程中,我們需要加工一種符合國家航空標(biāo)準(zhǔn)HB6545-1991的AG雙頭螺栓,其對AG螺紋牙底R有嚴(yán)格要求,外螺紋牙底輪廓為圓弧狀(如圖1所示),允許一個(gè)圓弧與2條直線光滑連接,該圓弧最小半徑應(yīng)不小于0.125P(P為螺距),不允許出現(xiàn)反向圓弧。因?yàn)镽值比較小,無法看清楚R形狀,需要靠操作者的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)反復(fù)調(diào)整、反復(fù)計(jì)量來獲得數(shù)據(jù),要修出一個(gè)比較理想的圓弧型面需要大量時(shí)間,不僅效率低、質(zhì)量波動性大、而且還存在著顯著的安全隱患。
該零件精度要求高,螺紋加工參數(shù)為:AG8×1.25,螺距P=1.25 mm,牙型半角偏差≤±30′,螺距偏差≤±0.006 mm,螺紋牙型粗糙度Ra0.8 μm,牙底圓弧R≥0.125P=0.156 mm,中徑錐度≤0.015 mm,不允許有倒錐。
該螺紋磨削加工要求的幾個(gè)基本要素包括牙型半角偏差、螺距偏差、中徑偏差、表面粗糙度Ra都可以通過調(diào)整機(jī)床、砂輪參數(shù)來保證,但最小牙底圓弧半徑(Rmin≥0.156 mm)這個(gè)要素,通過我們對機(jī)床生產(chǎn)廠家咨詢及相關(guān)同行的調(diào)研,在機(jī)床自帶砂輪修整器上無法修整出滿足要求的砂輪。
在此之前,砂輪依靠操作者人工手動進(jìn)行修整,存在人身安全隱患;同時(shí)因?yàn)镽值比較小,無法看清楚R形狀,需要靠操作者的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)反復(fù)調(diào)整、反復(fù)計(jì)量來獲得數(shù)據(jù),要修出一個(gè)比較理想的圓弧型面費(fèi)時(shí)、費(fèi)力;每一次修整后的圓弧型面也存在差異造成工件質(zhì)量波動。螺紋磨削屬于成型磨削,砂輪形狀對螺紋精度影響顯著,需要經(jīng)常進(jìn)行砂輪修整,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。
通過以上分析知道,小牙底圓弧半徑Rmin≥0.156 mm無法從市場現(xiàn)有修整器上獲得。從螺紋磨床工作原理及操作方法上獲得啟發(fā),針對Rmin≥0.156 mm形狀小、精度高及去除余量比較小的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了針對牙底R弧的翻轉(zhuǎn)修整器。設(shè)計(jì)加工擠壓輪及裝夾工裝,要求裝入修整聯(lián)接工裝后同軸、垂直,便于修整器找正;要求擠壓輪在Z正/負(fù)方向有0.5 mm左右彈性移動量,便于砂輪對線時(shí)使用。擠壓輪材料為Cr12合金工具鋼,熱處理硬度59~63 HRC,具有硬度高、耐磨性能好等特點(diǎn),適合于擠壓砂輪尖角R。通過磨削擠壓輪R并修整R形狀,保證圓弧形狀和圓弧尺寸大于0.156 mm。擠壓輪槽底R值為0.23 mm,砂輪圓角R修整目標(biāo)值為0.19 mm,精測出砂輪R值,如果R值偏大,則對砂輪兩側(cè)面進(jìn)行修整;R值偏小,則在X方向進(jìn)給對砂輪進(jìn)行修整,如表1所示。用擠壓輪擠壓修整砂輪,再用修整后的砂輪加工出合格牙底R的螺紋。
表1 砂輪R值與修整方法及修整量關(guān)系表
翻轉(zhuǎn)修整器(見圖3)包括微調(diào)擠壓機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)塊、圓柱拉伸彈簧、拉緊螺栓、底座組成,其中底座4安裝在機(jī)床頭架和尾座之間的工作臺5上,用緊固螺釘6固定。翻轉(zhuǎn)塊2通過銷釘固定在底座4上,使翻轉(zhuǎn)塊2可以繞銷釘做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,因底座4形狀設(shè)計(jì)限制翻轉(zhuǎn)塊2的旋轉(zhuǎn),翻轉(zhuǎn)塊2的旋轉(zhuǎn)角度被限制死。通過圓柱拉伸彈簧3以45°連接底座4與翻轉(zhuǎn)塊2,使反轉(zhuǎn)塊在兩個(gè)極限位置都會受到圓柱拉伸彈簧3的拉力,使極限位置固定牢固。底座4設(shè)計(jì)了凸臺,目的為當(dāng)翻轉(zhuǎn)塊2處于修整狀態(tài)時(shí),設(shè)備軸向防止翻轉(zhuǎn)塊2竄動。微調(diào)擠壓機(jī)構(gòu)1通過后端圓柱插入翻轉(zhuǎn)塊2中,并用螺釘鎖緊固定,面對不同直徑的砂輪,松開螺釘,向外或向內(nèi)移動圓柱體到達(dá)適合的位置后,使用螺釘鎖緊固定。
其中微調(diào)擠壓機(jī)構(gòu)(見圖4),在外套筒1中放入下墊片7,在下墊片7放置平整后放入右徑向軸承5,右徑向軸承5一側(cè)端面貼合下墊片7,另一端面高出外套筒1端面,通過4個(gè)螺釘10把壓板9固定在外套筒1上,使壓板9的端面壓緊右徑向軸承5高出外套筒1的一面。把右徑向軸承5固定在外套筒1與壓板9之間。在外套筒1另一側(cè)穿入內(nèi)套筒6,使內(nèi)套筒6端面貼緊下墊片7,限制內(nèi)套筒6向外套筒1右端移動。將圓柱壓縮彈簧4穿入內(nèi)套筒6,在外套筒1內(nèi)孔裝入左徑向軸承5壓縮圓柱壓縮彈簧4。將上墊片8穿入擠壓輪11的光桿中,將擠壓輪11的光桿依次穿過右徑向軸承5、下墊片7、內(nèi)套筒6、圓柱壓縮彈簧4、左徑向軸承5。將彈簧墊圈3套在擠壓輪11的光桿左端螺紋頭上,并用螺母2通過彈簧墊圈3鎖緊左徑向軸承5。松開壓縮狀態(tài)的左徑向軸承5,使其在圓柱壓縮彈簧4的作用力下貼緊彈簧墊圈3。
(1)平底圓弧修整器安裝在機(jī)床頭架和尾座之間的斜導(dǎo)軌上,用螺釘固定。
(2)修整前,調(diào)節(jié)好修整器對被修砂輪的平行度,以及修整器對砂輪的中心高。
(3)砂輪與修整器螺線對準(zhǔn),擰動機(jī)床工作臺Z方向手柄,一直到修整器螺紋螺線的側(cè)面與旋轉(zhuǎn)的砂輪接觸為止。此后根據(jù)刻度盤的刻度,將手把往相反的方向旋轉(zhuǎn),一直到砂輪與修整器螺紋線的另一面接觸為止,這時(shí)根據(jù)刻度盤再將手把往第一次旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn),一直到第一次刻度與第二次刻度中間為止(X方向隨時(shí)根據(jù)Z方向調(diào)整進(jìn)行進(jìn)給),這時(shí)便結(jié)束對準(zhǔn)工作。
(4)修整器擠壓輪可以左右進(jìn)行微調(diào)(機(jī)床Z方向)。在擠壓輪上加裝有一套微調(diào)裝置,使Z方向具有1 mm的移動量,當(dāng)砂輪與修整器接觸時(shí),修整輪在Z方向可進(jìn)行微小的自動調(diào)整,使修整輪修整槽和砂輪鋒面完全吻合。
(1)工作時(shí)它對砂輪尖角R進(jìn)行擠壓修整(如圖2),不工作時(shí)它翻轉(zhuǎn)到磨削區(qū)域之外(如圖3)。避免操作者頻繁裝卸修整器和對砂輪中心。
(2)修整器槽高設(shè)計(jì)為1/3螺紋牙型高,為了消除螺紋升角干涉,根據(jù)不同的各種R的大小,設(shè)計(jì)出不同的擠壓輪,有效地對砂輪進(jìn)行修整,得到理想的R值。
(3)在砂輪線速度1~2 m/s時(shí),修整輪與雙斜邊砂輪相對運(yùn)動并擠壓,使得雙斜邊砂輪尖角處輪廓被擠壓成型,實(shí)現(xiàn)修整輪對砂輪的修整。在砂輪線速度50 m/s時(shí),修整輪與砂輪相對運(yùn)動并磨削,使得修整輪擠壓槽的槽型被磨削成型,實(shí)現(xiàn)砂輪對修整輪的修整。通過控制砂輪的線速度,達(dá)到修整輪與砂輪相互往返的修整。
(4)修整砂輪過程中,通過砂輪的側(cè)面接觸修整輪溝槽側(cè)面確定大概軸線中心位置,隨著砂輪徑向的逼近使得雙斜邊砂輪與修整輪溝槽首先接觸一側(cè)帶動修整輪軸向自動找正中心,達(dá)到雙斜邊砂輪的兩側(cè)面與修整輪溝槽兩側(cè)面完全貼合。
(5)使缺乏修整經(jīng)驗(yàn)操作者亦可快速修整出符合要求的砂輪。
經(jīng)多次修整試驗(yàn)并與手工修整的砂輪進(jìn)行加工對比,結(jié)果表明擠壓輪使用方便、修整效率高,按每修整砂輪一次加工4件工件,年生產(chǎn)工件總量5 000件計(jì)算,每年可節(jié)省時(shí)間430 h,如表2所示。修整出的砂輪加工質(zhì)量穩(wěn)定、尺寸一致性較好,有效地提高了工件質(zhì)量可靠性和穩(wěn)定性,如表3所示。
表2 修整器與手工修整特性對比
表3 修整后加工工件實(shí)測R值 mm
所述微調(diào)擠壓機(jī)構(gòu)采用軸承支承擠壓輪,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)精密回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動,回轉(zhuǎn)精度達(dá)到3 μm,左側(cè)軸承跟隨擠壓輪運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)剛性支承。通過更換擠壓輪,可以實(shí)現(xiàn)不同圓弧大小砂輪的修磨,方便快捷。采用HB航標(biāo)過盈螺紋牙底R翻轉(zhuǎn)修整器,有效解決了生產(chǎn)中遇到的小R修整問題,節(jié)省工作時(shí)間,使生產(chǎn)效率成倍提高。
[1]鄭文虎.精密切削與光整加工技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.
[2]邱言龍,鄭毅,余小燕.磨工技師手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
[3]高軍.精密螺紋磨削常見問題及解決方法[M].新技術(shù)新工藝,2014(12):14-16.
[4]李宗智.關(guān)于提高螺紋磨削精度的研究[J].磨料磨具與磨削,1994(12):21-23.
[5]元麟.特殊螺紋量具成型磨削加工工藝優(yōu)化研究[D].上海:上海交通大學(xué),2012.