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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、键槽与定位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定位及传动间隙，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、零件定位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。该工装通过菱形定位销，以零件的一端定位凸台及装配基准孔φ 10H7为基准定位，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，保证零件的旋转定位，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.菱形定位销

定位夹具（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　定位夹具

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，首先找正定位夹具的各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销孔定位， 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。

CNC加工过程常见问题点及改善方法

一、工件过切

原因：

弹刀，刀具强度不够太长或太小，导致刀具弹刀。操作员操作不妥。切削余量不均匀。（如：曲面旁边面留0.5，底面留0.15）切削参数不妥。（如：公役太大等）

改进：

用刀原则：能大不小、能短不长。添加清角程序，余量尽量留均匀。（旁边面与底面余量留共同）合理调整切削参数，余量大角落处修圆。运用机床SF功能，操作员微调速度使机床切削达到蕞佳作用。

二、分中问题

操作员手动操作时不晶确。模具周边有毛刺。分中棒有磁。模具四边不垂直。

手动操作要重复进行仔细查看，分中尽量在同一点同一高度。模具周边用油石或锉刀去毛刺在用碎布擦干净，终用手承认。对模具分中前将分中棒先退磁。（可用陶瓷分中棒或其它）校表查看模具四边是否垂直。（垂直度差错大需与钳工反省方案）

三、对刀问题

操作员手动操作时不晶确。刀具装夹有误。飞刀上刀片有误。（飞刀本身有必定的差错）R刀与平底刀及飞刀之间有差错。

手动操作要重复进行仔细查看，对刀尽量在同一点。刀具装夹时用风枪吹干净或碎布擦干净。飞刀上刀片要测刀杆、光底面时可用一个刀片。单独出一条对刀程序、可避免R刀平刀飞刀之间的差错。

四、撞机-编程

安全高度不够或没设。（快速进给G00时刀或夹头撞在工件上）程序单上的刀具和实践程序刀具写错。程序单上的刀具长度（刃长）和实践加工的深度写错。程序单上深度Z轴取数和实践Z轴取数写错。编程时座标设置过错。

对工件的高度进行晶确的测量也确保安全高度在工件之上。程序单上的刀具和实践程序刀具要共同。（尽量用主动出程序单或用图片出程序单）对实践在工件上加工的深度进行测量，在程序单上写清楚刀具的长度及刃长。（一般刀具夹长高出工件2-3MM、刀刃长避空为0.5-1.0MM）在工件上实践Z轴取数，在程序单上写清楚。（此操作一般为手动操作写好要重复查看）

五、撞机-操作员

深度Z轴对刀过错·。分中碰数及操数过错。（如：单边取数没有进刀半径等）用错刀。（如：D4刀用D10刀来加工）程序走错。（如：A7.NC走A9.NC了）手动操作时手轮摇错了方向。手动快速进给时按错方向。（如：-X 按 +X）

深度Z轴对刀必定要注意对刀在什么方位上。（底面、顶面、剖析面等）分中碰数及操数完成后要重复的查看。装夹刀具时要重复和程序单及程序对照查看后在装上。程序要一条一条的按顺序走。在用手动操作时，操作员自己要加强机床的操作熟练度。在手动快速移动时，可先将Z轴升高到工件上面在移动。

六、曲面精度

切削参数不合理，工件曲面表面粗糙·。刀具刃口不锋利。刀具装夹太常，刀刃避空太长。排屑，吹气，冲油欠好。编程走刀方法。（可以尽量考虑走顺铣）工件有毛刺。

切削参数，公役，余量，转速进给设置要合理。刀具要求操作员不定期查看，不定期替换。装夹刀具时要求操作员尽量要夹段，刀刃避空不要太长。对于平刀，R刀，圆鼻刀的下切，转速进给设置要合理。工件有毛刺：根咱们的机床，刀具，走刀方法有直接关系。所以咱们要了解机床的功能，对有毛刺的边进行补刀。

七、崩刃

原因及改进：

进给太快  —减慢到合适的进给速度切削开始时进给太快 —切削开始时减慢进给速度夹紧松(刀具)  —夹紧夹紧松(工件)  —夹紧刚性缺乏(刀具) —用允许的段的刀，柄部夹的深一点，另外试下顺铣刀具的切削刃太尖 —改动软弱的切削刃角，一次刃机床和刀柄刚性缺乏 —用刚性好的机床和刀柄

八、磨损

原因及改进：机台转速太快 —减慢，加足够的冷却液硬化资料  —用高挡刀具、东西资料，添加表面处理方法切屑粘附—改动进给速度，切屑大小或用冷却油或风枪整理切屑进给速度不妥(太低) —添加进给速度，试下顺铣切削视点不合适 —改动为适当的切削视点刀具的一次后角太小—改动成较大的后角

九、损坏

进给太快—减慢进给速度切削量太大—用较小的每刃切削量刃长和全长太大 —柄部夹的深一点，用段的刀，试一下顺铣磨损太大 —在初期再研磨

十、振纹

进给和切削速度太快

—修正进给和切削速度

刚性缺乏(机床和刀柄) —用较好的机床和刀柄或改动切削条件后角太大  —改动成较小的后角，加工刃带(用油石磨一次刃)夹紧松 —夹紧工件

◆ 考虑速度、进给量

速度、进给量和切削深度三个要素的相互关系是决议切削作用重要的要素，不合适的进给量和速度常常导致生产量下降、工件质量差、刀具损坏大。

运用低速度规模用于：高硬度资料固执大的资料难切削的资料

加工中心怎么选用铣刀？      

 加工用刀具的选择及运用方法,现在运用的刀具有：

       1、面铣刀(装夹三角刀片)

       此刀具切削量蕞大的一种，它具有加工，工件外表粗糙度低和耐高温等优点。常用来加工六面体和有大面台阶的工件，有时作逃料用。

       2、粗铣刀

       当成形加工的重要刀具，其特色为耐重切削，吃刀深，切削阻力小，多用来插孔铣槽，铣台阶的工件，铣刀在作半刀切削时，机台的振荡较大，全力切削时应留意拉刀。

       3、精铣刀

       用此类刀具加工的工件，工件外表粗糙度低且加工尺寸经确，一般在工件成型加工的后适当用此类刀具，以确保工件外观漂亮及尺寸经确。在切削软材时，如：电木、铜等，也可以用于粗加工。

       4、舍弃式铣刀

       采用高转速，高速率,轻切削的加工方法，更换粗细刀片，分别进行粗细加工。

       5、斜度刀

       针对塑模工件旁边面有拔模斜度而运用的成型刀具，适用于工件侧壁精修主要有0.5°，1°，1.5°，2°， 2.5°， 3° ，5°，10°。

       6、钨钢铣刀和钴钢铣刀

       特色为硬度高，韧性差可对热处理后的工件进行加工，由于其韧性差，在切削不其时易损坏，一般采用高转速轻切削的方法。

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，能蕞大极限地抑制刀尖崩刃。

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，共同的刀刃形状可抑制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。