大型球閥閥座支撐的數(shù)控精車加工
大型全焊接球閥是一種中腔密封性好、耐高壓、流體阻力小的閥門,主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流向,被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域(尤其是天然氣長途輸送管線)。閥座支撐是大型球閥的核心部件,其加工精度直接影響閥門的密封性能與閥體和球體的裝配性能,由于其直徑大、壁薄、剛性差、強度低,因此在加工中易變形,不易保證加工精度。
1 零件結(jié)構(gòu)分析
可知,閥座支撐屬于階梯狀大直徑薄壁類零件。從零件結(jié)構(gòu)上看,它由內(nèi)外圓柱面、外倒角及內(nèi)錐面組成,比較適合數(shù)控車削加工。從尺寸精度上看,該零件加工精度要求較高,且內(nèi)錐面粗糙度要求達到Ra1.6。為了達到加工要求,需要仔細對刀和嚴格確定切削用量,以達到最佳切削效果。
2 加工機床及夾具的選取
該零件直徑大且壁薄,加工時易變形(包括由夾緊力、切削力、切削熱引起的塑性變形和彈性變形)。我們選用上海重型機床廠生產(chǎn)的CK61150數(shù)控車床對閥座支撐進行精車加工。該機床采用810D數(shù)控系統(tǒng),加工精度高,且適合高速切削。為了最大限度地消除工件的夾緊變形,在機床卡盤上安裝包容式軟爪(彈性夾具),該夾具不僅能消除夾緊變形,而且重復(fù)安裝定位精度高,有利于保證工件的加工精度。
3 刀具的選擇
根據(jù)閥座支撐零件的結(jié)構(gòu)特點,選用外圓精車刀片、4mm切槽成型刀片和內(nèi)孔鏜刀片對其進行加工。由于零件直徑大且壁薄,因此在選擇刀具時,首先應(yīng)考慮如何降低切削力和刀片與零件的摩擦力。刀具的前角、后角和主偏角越大,加工時的切削力和摩擦力就越小,消振散熱性也越好,但前角和后角過大,會削弱刀具強度,加快刀具磨損。為了滿足工件的表面粗糙度要求,應(yīng)選用帶修光刃的精車刀片。經(jīng)過反復(fù)試車和對比切削試驗,選擇山特維克可樂滿公司生產(chǎn)的機夾可轉(zhuǎn)位刀片。
加工外圓時,采用了矩形刀桿,為了避免切削時產(chǎn)生振動,刀桿懸伸長度不宜過長(伸出1/3為宜);車削內(nèi)孔時,選用了圓形刀桿,因為圓形刀桿的橫截面積大于矩形刀桿,剛度較高。為了進一步減小變形,提高加工精度,選用了帶冷卻內(nèi)孔的刀桿,利用切削液降低加工過程中的切削溫度。
由于工件直徑較大,選用雙刃刀片,兩端對稱分布的兩個切削刃可同時參與切削,每轉(zhuǎn)進給量比單刃刀片提高一倍左右,在提高加工效率的同時,還可以減小刀具對工件施加的徑向力,以減小工件變形,進一步保證零件加工質(zhì)量。
4 刀尖圓弧半徑補償
對于數(shù)控車削加工而言,車刀刀尖通常是一段半徑很小的圓弧,而理論刀尖點并不是切削刃圓弧上的一點(見圖2),閥座支撐零件外圓有倒角,內(nèi)腔有錐面,因此在車削倒角和錐面時,可能會造成欠切或過切現(xiàn)象。因此,在編輯加工程序指令時,必須對刀尖圓弧半徑進行補償,以獲得正確的零件尺寸。
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