矩形条料的凸轮铣削加工夹具设计.pdf

总第2 11期2023年第8 期理论研究摘要：为了对矩形条料的凸轮铣削加工通用夹具的设计，对夹具的结构设计要点、力学原理等进行了阐述。该夹具设计广泛适用于各类矩形条料的铣削加工，包括开对称槽、铣双肩类端面等，可有效避免原材料的曲度对装夹的影响。也通用于各类普通铣床、数控铣床，在大批量生产过程中优势明显。关键词：矩形条料；铣削加工；夹具；凸轮铣削中图分类号：TG7510引言铣削加工作为机械加工中应用最为广泛的加工方式,在机械加工工艺中占有较为重要的地位。铣削加工相对于车削加工明显的优势是对待加工材料的形状没有严格的轮廓要求。相对于车削方式而言，铣削是刀具自转，待加工件类刚性静止，有利于采用不同形状的刀具对型材进行复杂轮廓的刻画。多刀具联动，单刀具高节率处理半成品某一尺寸加工等皆是常态。为了达到待加工件的类刚性静止，就要考虑待加工件如何能相对铣刀初始加工时刻空间位置(三维意义)达到“静止”,且待加工件自身不能在加工过程中产生相对铣刀初始加工时刻空间位置的“位移”即夹具的基本作用。铣床主流通用夹具有三抓夹头、沉孔OK夹具、组合压板、平口钳等。此类夹具的使用范围为材料已经进行外轮廓加工达到某一较高的轮廓精度或者舍弃夹持位置整体从原材料中将产品加工后脱出。两类均产生一定量的加工废料,即工艺排布过程中工艺定额”是加工废料质量与成品件质量的总和的原因。无论从成本或是从资源节约角度考虑，降低“工艺定额”是较为合理的。成品件质量是定量的情况下，减少加工废料才是可行性较高的选择，由此衍生出成型材料的采购需求，例如棒料、带料、矩形料、工形料等。针对于矩形原料,凸轮铣削采用靠模的铣削法，适用于大批量生产。随着数控技术的发展，采用三坐标或多坐标联动的数控机床来配合凸轮铣削，可自动地铣出精度较高的、甚至人工控制难以解决的各种复杂曲线或空间曲面。所谓“靠模”即夹具的设计要素：在考虑克服铣削摩擦力的同时还要赋予待加工料定位基准。因此展开了矩形条料的凸轮铣削加工夹具设计的研究。1结构设计、公差配合及装配要求1.1结构设计矩形条料凸轮铣削加工夹具结构主体示意图如图1所示。收稿日期：2 0 2 3-0 3-16作者简介：章伟（19 7 3 一），男，江西南昌人，工程师，从事机械工程方面的工作。山西冶金ShanxiMetallurgy矩形条料的凸轮铣削加工夹具设计章伟（江西星火军工工业有限公司，江西南昌3 3 17 2 9）文献标识码：A131一内六角圆柱头螺钉；2 一底板；3 一支座；4一上板；5 一定位板；6 一手柄；7 一内六角圆柱头螺钉;8 一开槽平端紧定螺钉；9圆柱销；10 螺套；11一圆柱销；12 压块;13 螺杆图1铣削加工夹具结构示意图图1中底板2、支座3、上板4均采用45 号碳素结构钢,其具有更高的强度、抗变形能力，有良好的综合机械性能，热处理要求为后淬火硬度（HRC)达到4045。定位板5、压块12 采用T10A工具钢，耐磨性较高,抗冲击一般,具有一定的韧性,热处理要求为后淬火硬度(HRC)达到48 5 2 1。根据相应的待加工的矩形条料的长度以及厚度对上板4、定位板5 做相应的变更，通过更换上板4、定位板5 以适应不同产品刀具适配需要。其中上板4的宽度T应尽量与加工轨迹避开，若选用的双头凸轮铣刀（组合铣刀），则双头凸轮铣刀的毂宽t，采取T=t-6（单位：mm)的配合尺寸，避免工作时产生进刀碰撞与切削屑的电磁黏连与堆积。通过更换专用模座12与导向套13 以适应不同产品的形状适配需要。内六角圆柱头螺钉1、手柄6、内六角圆柱头螺钉7、开槽平端紧定螺钉8、圆柱销9、螺套10、圆柱销11、螺杆13 均可选用标准件,降低夹具制造的成本。1.2公差配合及装配要求结合图1、图2 该夹具可分为固定机构与移动机构两个部分。其中固定机构由内六角圆柱头螺钉1、底板2、支座3、上板4、定位板5、内六角圆柱头螺7组成。活动机构由手柄6、开槽平端紧定螺钉8、圆柱销9、螺套10、圆柱销11、螺杆13 组成。固定机构中底板2、支座3、上板4、定位板5 向Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.047文章编号：16 7 2-115 2(2 0 2 3)0 8-0 12 3-0 2121110865山西冶金124E-mail:图2 铣削加工夹具实物图及组合凸轮铣刀下表面均要求平行度不大于0.0 1,表面粗糙度为0.8。由内六角圆柱头螺钉1、内六角圆柱头螺7 组成紧定装配。活动机构中以螺套10 为机构本体，在运功机构中起根本作用。即将运动机构与固定机构连接，又在运动机构中为螺杆13 提供基础定位与上升运动的支点。由于螺套10 的重要性，在大批量生产过程中为保证产品加工的稳定性，应结合实际生产情况进行定批次更换，例如加工5 0 万件次更换一次螺套10。上板4与螺套10 应采用滑动配合，配合间隙为0.030.06mm,再以开槽平端紧定螺钉8 紧定连接,以便实施螺套10 的更换工作。对于购买的通用件螺套10要求表面粗糙度（精度）小于3.2，否则需进行外表面精车。螺杆13 为标准件改制件，要求头部开环形槽与压块12 由圆柱销11滑动连接。螺杆13 插入压块12部分要求精车表面粗糙度小于3.2，与压块12 滑动配合,滑动间隙为双边0.2 mm。所开环形槽宽度与深度皆为圆柱销11最大外径加双边0.2 mm。两两配合间隙为双边0.2 mm的设计目的是为避免矩形条料的曲度影响下，条料对压块12 的不平衡接触导致压块12与螺杆13 之间产生径向应力集中引起机构失效，例如卡顿、螺杆13 变形、压块12 开裂等现象。压块12 上设置圆柱销孔，使压块12 与圆柱销11过盈配合，过盈量0.0 4 0.0 8 mm，防止反复运动中圆柱销11脱落。压块12 近似于凹型,也可采用U型，该形状的目的是增加压块12 在夹持过程中与矩形原料的接触点，有效避免矩形原料自身材料制造误差带来的影响，也可避免对型材过分夹持导致型材自身弹性形变在铣削过程中对精确度的干扰，干扰程度与矩形原料厚度成反比。2设计要点分析该类型夹具的设计要点要遵循加工过程中实用性与适用性。为保证加工精度考虑两个因素：夹具装配后的精度与加工过程中的力学响应。2.1夹具精度作为靠模铣削，夹具设计要参考模具加工的方式方法。提高自身精度能有效的为加工提供基础的位第46 卷置精度需求,例如提供位置基准、平行度基准。对于该矩形条料凸轮铣削加工夹具，主要是提供垂直于工作台方向的位置基准以及待加工材料的平行于工作台面的平行度基准。两个基准在该夹具上可以用一个设计要点解决。即夹具制造过程中会产生制造误差，例如板材，精加工后误差会随着板材的大小呈现递增的趋势，一般而言10 0 mm100mm的板材采取磨床精加工后产生0.0 2 mm的平行误差是较为正常的现象,3 0 0 mm300mm的板材采取磨床精加工后会产生0.0 5 mm的平行误差。过于追求精准会增加制造成本。针对该夹具，在图1中底板2、支座3、定位板5、压块12 做平行度精加工后，将夹具中1中底板2、支座3、压块12 先行装配。将装配好的半结构夹具采用磨床精加工，以底座底板底面作为基准，将压块12上端面、上板4与定位板接触面再次磨平，满足平行度要求后全部装配。2.2加工过程中的力学响应矩形条料在铣削加工过程中要克服加工产生的切削力、震动冲击、静定梁结构下材料受力位移以及切削摩擦产生的热形变。其中切削力、震动冲击可以根据机床转速、刀具选择、背吃刀量等外界因素进行干预。静定梁结构下材料受力位移以及切削摩擦产生的热形变主要由夹具进行克服。矩形材料结构决定其夹持面选择应该符合梁式结构的力学原理。对于该结构：1)不采用单点夹持方式，避免应力集中以及扭矩过大引起的材料形变。2)应尽可能减小梁的跨度，缩短梁壁，避免刀具在梁壁中点位置时产生的扭矩大引起的材料形变。夹具结构设计过程中应符合以上两项设计要点，采用两点夹持或多点夹持方式。例如图1中利用两组压块12进行了四点夹持。多点夹持方式还可有效避免待加工材料自身制造误差引起的材料形位公差值带来的影响。3结语矩形条料的凸轮铣削加工夹具设计要结合结构设计、加工、装配三个方面。该类型夹具要保证结构符合待加工材料自身的力学特征。为加工过程提供有效的夹持能力只是夹具的一个设计方面，夹具自身精度能有效保证加工精度。该夹具经过5 a以上百万件零件加工验证，适应各类设备，能有效提高产品质量、提高生产节拍，适用于大批量生产。参考文献1徐进，陈再枝.模具材料应用手册手册MI.北京：机械工业出版社,2 0 0 1:16 7-17 0;3 12-3 14.2齐卫东.简明冲压模具设计手册MI.北京：北京理工大学出版社，2010:391-399.（编辑：苗运平）（下转第13 2 页）山西冶金132E-mail:第46 卷标准选择研究J.中国环境科学，2 0 19（11)：47 43-47 5 1.3陈世宝,王萌,李杉杉,等.中国农田土壤重金属污染防治现状与问题思考J.地学前缘，2 0 19,2 9（6)：3 5-41.4洪涛，孔祥胜，岳祥飞.滇东南峰丛洼地土壤重金属含量、来源及Construction and Evaluation of an Evaluation Model for Heavy Metal Pollution(Xinjiang Branch of the Yuncheng Ecological Environment Bureau,Yuncheng Shanxi 043100,China)Abstract:With the rapid improvement of modern industrialization level,the demand for mineral resources in social production is increasingday by day.However,the mining of mining resources will be accompanied by heavy metal pollution in the surrounding soil,posing a seriousthreat to the physical health of surrounding residents.Therefore,accurate assessment of heavy metal pollution in the soil around the miningarea is extremely important.In view of this,the main focus is on analyzing the pollution characteristics of heavy metals in the soil around themining area and conducting a systematic assessment of their risks.By constructing an evaluation model,the characteristics of heavy metalpollution in soil were evaluated,and different pollution levels were divided based on the pollution range of different characteristics.Then,thepotential ecological risks of soil were evaluated using the model.Finally,suggestions were proposed to avoid deep difusion of pollution.Key words:mining area;soil heavy metal pollution;ecological risks;pollution characteristics（上接第12 2 页）Optimization of Thermal Energy in Sintering Cooling Process(Primetals Technologies(China)Co.,Ltd.,Shanghai 201103,China)Abstract:In order to solve the problems of low waste heat resource grade and low waste heat recovery rate in the sintering process,especially in the ring cooler,the current waste heat recovery and utilization efficiency of the sintering ring cooler is analyzed.In response tothe problems in the waste heat recovery of the ring cooler,the vertical cooling of the sintering ore is introduced.The results show that thewaste heat recovery and utilization efficiency of the sintering ore using vertical cooling can be greatly improved,providing a basis forachieving energy conservation and consumption reduction in the sintering process.Key words:sintering coolingi vertical coolingi energy conservation and environmental protection(上接第12 4页）(Jiangxi Xinghuo Military Industry Co.,Ltd.,Nanchang Jiangxi 331729,China)Abstract:In order to design a universal fixture for cam milling of rectangular strips,the structural design points and mechanical principlesof the fixture were elaborated.This fixture design is widely applicable for milling various rectangular strips,including opening symmetricalgrooves,milling double shoulder end faces,etc.,which can effectively avoid the influence of raw material curvature on clamping.It is alsoapplicable to various ordinary miling machines and CNC milling machines,and has obvious advantages in mass production processes.Key words:rectangular strip material;milling processing;fixture;cam milling(上接第12 6 页）Prediction of Pipeline Damage in Carbon Steel Heating Furnace of Delayed Coking Plant-A Real Time Local Temperature Detection Method Based on Neural Network(Shanxin Software Rizhao Branch,Rizhao Shandong 276800,China)Abstract:In delayed coking equipment,carbon steel heating furnaces have combustion instability,which can easily cause local overheatingand damage in the heating furnace tubes.Therefore,it is necessary to monitor the temperature of various parts of the heating furnace inreal-time.In response to this issue,it is planned to conduct research on the online prediction method of furnace temperature based onconvolutional long and short time memory neural networks.By analyzing the changes in high-temperature furnace temperature,the predictionof high-temperature furnace temperature changes is achieved,and the average error is controlled below 31.5 Kalvin.Key words:heating furnace pipeline;neural network;teal time temperature;damage detection潜在生态风险评价J.环境科学，2 0 19（10)：46 2 0-46 2 7.5乔雪,卢海军,刘姝,等.齐齐哈尔市主城区道路绿地土壤重金属、pH、有机质含量及相关性研究J宁夏农林科技，2 0 18(2)：3 0-3 2.（编辑：武倩倩）Characteristics in Mining SoilQuanLiangxianQuPengfeiDesign of Cam Milling Fixture for Rectangular StripZhang WeiLiChaoyang