CN113909822A - 一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法，其中螺旋刀槽的具体加工方法为：通过工件在四轴联动镗床工作台回转中心装卡，利用数控镗床工作台回转作为同步轴进行编程加工。装卡利用安装在镗床回转工作台中心的车床用卡盘进行定位和精度的准确调节。合理利用刀轴的轴身两侧对称的扁平面：一侧扁平面钻工装把合孔与装卡弯板进行把合使得工件稳定立置；一侧扁平面作为加工找正基准，完成对刀和测量的同时，进行直刀槽与螺旋刀槽之间的相位、尺寸关系转换，确保各项形位公差要求严格控制。本发明利用简单易操作的加工方法，完成了技术难度大、精度要求高的带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工，降低了制造成本，提高了生产效率和经济效益。

Description

一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法和检测方法

技术领域

本发明属于机械加工方法技术领域，具体涉及一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法，本发明还涉及上述刀轴的检测方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，加工能力的不断提高，板带轧制生产线在向着速度更快、精度更高、质量更好的方向不断革新。滚筒飞剪正是在这种发展革新中研发制造的，而滚筒飞剪中的带螺旋刀槽剪刃飞剪具有振动小、噪音低、切口质量好的优点，体现着技术先进、高效节能的优势。但是螺旋剪刃飞剪中核心零件带螺旋刀槽飞剪刀轴精度要求高，加工制造难度大。为满足板带材料在高速运动中进行剪切，要求上下刀轴的剪刃完全同步回转，剪刃用螺旋压块固定在刀轴的螺旋刀槽内，发生弹性变形后形成螺旋剪刃，刀轴旋转使得上下螺旋剪刃高度同步啮合进行板带材料的剪切。因此刀轴及螺旋刀槽的加工精度要求高，且此刀轴外形尺寸较大，在加工制造中存在很大的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法，解决了现有技术中小螺旋角多斜面复合螺旋刀槽在一般数控镗床加工困难的问题。

本发明的另一个目的是提供上述带螺旋刀槽飞剪刀轴的检测方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法，包括以下步骤：

步骤1，下料，选用锻件毛坯料，锻件毛坯料外形单边加工余量10-12mm，在锻件毛坯料一端留有卡头，用于后续步骤中刀轴机械性能检测；

步骤2，粗加工，分三步进行：

步骤2.1，分别采用车床、铣床加工刀轴各面，在各面满足探伤光洁度要求后，进行超声波探伤，保证内部无缺陷；

步骤2.2，分别采用车床、铣床加工各外圆、扁平面、直刀槽和键槽，加工至各部位均留有单边余量6mm；

步骤2.3，粗加工螺旋刀槽，按三维建模模拟计算好的结果，加工成近均匀余量的斜槽，保证单边余量为6-9mm；

步骤3，调质处理，调质处理后锯下步骤1中预留的卡头进行设计要求的机械性能检测，检测内容完全合格后继续进行后续加工；

步骤4，半精加工，各外圆及相关端面的加工使用车床加工至单边余量2mm，扁平面、直刀槽、键槽使用铣床加工至单边余量2mm；在刀轴的吊装端制作起吊用螺纹孔；使用铣床在远离螺旋刀槽的一侧扁平面钻工装螺纹孔，该扁平面为装卡扁平面N面，与其相对的靠近螺旋刀槽一侧的扁平面为基准扁平面M面；

步骤5，加热消应力，释放零件加工过程中产生的残余应力；

步骤6，精加工，各外圆及相关端面的加工使用车床加工达设计要求；对于位置度、尺寸公差及光洁度要求高的部位留取磨削余量，然后使用磨床精磨余量部位达设计要求；扁平面、直刀槽、键槽使用铣床精加工至设计要求；螺旋刀槽使用四轴联动镗床立置加工。

本发明的特点还在于：

在步骤2和步骤4的加工过程中，零件各部阴阳角均进行圆角、倒角处理。

步骤3中调质处理的具体步骤为：将刀轴进行淬火加热，淬火温度为850℃-860℃，保温5-6h，采用油冷对刀轴进行冷却，冷却至100℃-150℃，出油，回火处理将刀轴加热至580℃-600℃保温8-10h，出炉，将刀轴自然冷却至室温。

步骤5中加热消应力的具体步骤为：将刀轴加热至550℃-560℃，然后随炉冷却至300℃以下，出炉，自然冷却至室温。

步骤6中螺旋刀槽的具体加工步骤为：

步骤6.1，装卡：将车床用卡盘置于镗床旋转工作台中心位置，机床打表检测并调整其与工作台中心同轴，使用吊环螺钉吊装刀轴，使刀轴立置于调整好的卡盘内，将刀轴的装卡扁平面N与工装压板固定，初步预紧卡盘的卡爪，吊装装卡弯板于工作台，将其与工装压板进行机械预固定，机床打表检测，通过调节螺钉最终满足零件轴向中心与工作台B轴完全重合，完成零件装卡；

步骤6.2，找正：找正基准为基准扁平面M和轴径母线，在磨床精加工外圆过程中构建出轴径母线这一基准，铣床加工基准扁平面M时严格控制其与轴径中心的尺寸公差、与轴径母线的平行度要求，从而建立基准扁平面M这一基准；铣床进行直刀槽、键槽加工时严格按照基准扁平面M和轴径母线找正、测量、对刀、返尺寸；镗床进行螺旋槽各部的加工时也严格按照基准扁平面M和轴径母线找正、测量、对刀、返尺寸；保证铣床和镗床加工基准一致，从而保证镗床加工出的螺旋刀槽与铣床加工出的直刀槽、键槽尺寸、角度及位置度关系完全符合图纸要求；

步骤6.3，具体实施：螺旋线基圆直径为D，导程为P，螺旋角角度为β，其相关关系为

将基准扁平面M设为机床B轴旋转零点，螺旋刀槽下端螺旋线起点Q设为机床X轴、Y轴零点，对刀完成后，机床B轴旋转角度θ，θ为基准扁平面M与剪刃安装螺旋面的夹角，Y轴的行程轨迹遵循已验证合格的螺旋线加工程序，程序中机床B轴旋转角度与Y轴行程的关系为：

加工剪刃安装螺旋面至单边余量1mm；进行检测校正，确认机床精度、程序准确性、加工方法及计算结果等各项参数均正确无误后，加工剪刃安装螺旋面达图纸尺寸；主轴归零，机床B轴旋转角度θ-α，并偏移相应尺寸，加工α角度螺旋面达设计图纸尺寸；依次将机床B轴旋转角度θ-δ、θ+ε，并偏移相应尺寸，加工δ角度螺旋面和ε角度螺旋面达设计图纸尺寸。

本发明所采用的另一种技术方案是，一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的检测方法，具体包括以下两步：

步骤1，交检螺旋线准确度，表针置于螺旋面预压归零，按加工程序缓慢行走，观察指针跳动偏差；

步骤2，由检查人员随机给出3-5个Y轴坐标，按公式

计算出相应的B轴旋转角度机床按照给出的3-5组数据进行对刀并旋转相应角度后，检测螺旋面至刀轴中心距离是否为图纸对应距离尺寸。

本发明的有益效果是：本发明利用传统的四轴联动加工机床、利用简单易操作的加工方法，完成了技术难度大、精度要求高的带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工，降低制造成本，提高生产效率和经济效益，为复杂零件在传统加工制造工厂的加工提供参考依据。

附图说明

图1是本发明带螺旋刀槽飞剪刀轴的螺旋刀槽结构示意图；

图2是本发明带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工装卡示意图；

图3是本发明带螺旋刀槽飞剪刀轴的螺旋刀槽加工工艺流程图。

图中，1.刀轴，2.镗床旋转工作台，3.卡盘，4.装卡弯板，5.工装压板，6.吊环螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，下料，选用锻件毛坯料，锻件毛坯料外形单边加工余量10-12mm，在锻件毛坯料一端留有卡头，用于后续步骤中刀轴机械性能检测。

步骤2，粗加工，分三步进行：

步骤2.1，分别采用车床、铣床加工刀轴各面，在各面满足探伤光洁度要求后，进行超声波探伤，保证内部无缺陷；

步骤2.2，分别采用车床、铣床加工各外圆、扁平面、直刀槽和键槽，加工至各部位均留有单边余量6mm；

步骤2.3，粗加工螺旋刀槽，按三维建模模拟计算好的结果，加工成近均匀余量的斜槽，保证单边余量为6-9mm；

加工时零件各部阴阳角均按工艺计算结果进行圆角、倒角处理，防止热处理局部应力集中造成材质损坏。

步骤3，调质处理，将刀轴进行淬火加热，淬火温度为850℃-860℃，保温5-6h，采用油冷对刀轴进行冷却，冷却至100℃-150℃，出油，回火处理将刀轴加热至580℃-600℃保温8-10h，出炉，将刀轴自然冷却至室温。调质处理后锯下步骤1中的卡头进行设计要求的机械性能检测，检测内容完全合格后继续进行后续加工。

步骤4，半精加工。各外圆及相关端面的加工使用车床加工至单边余量2mm，扁平面、直刀槽、键槽使用铣床加工至单边余量2mm；按工艺计算结果在刀轴的吊装端制作起吊用螺纹孔；使用铣床在远离螺旋刀槽的一侧扁平面钻工装螺纹孔，如图1所示，该扁平面为装卡扁平面N面，该工装螺纹孔后续用来固定刀轴与工装压板，与装卡扁平面N面相对的靠近螺旋刀槽一侧的扁平面为基准扁平面M面。加工时零件各部阴阳角均按工艺计算结果进行圆角、倒角处理，防止热处理局部应力集中造成材质损坏。

步骤5，加热消应力，将刀轴加热至550℃-560℃，然后随炉冷却至300℃以下，出炉，自然冷却至室温，释放零件加工过程中产生的残余应力。

步骤6，精加工，各外圆及相关端面的加工使用车床加工达设计要求；对于位置度、尺寸公差及光洁度要求高的部位按工艺计算留取磨削余量，然后使用磨床精磨余量部位达设计要求；扁平面、直刀槽、键槽等使用铣床精加工至设计要求；螺旋刀槽使用四轴联动镗床立置加工，其具体加工步骤为：

步骤6.1，装卡：如图2所示，将车床用卡盘3置于镗床旋转工作台2中心位置，机床打表检测并调整其与工作台中心同轴，使用吊环螺钉6吊装刀轴1，使刀轴1立置于调整好的卡盘3内，将刀轴1的装卡扁平面N与工装压板5固定，初步预紧卡盘3的卡爪，吊装装卡弯板4于工作台合适位置，将其与工装压板5进行机械预固定。此装卡用卡盘3及装卡弯板4均有螺钉可调整刀轴1位置。机床打表检测，通过调节螺钉最终满足零件轴向中心与工作台B轴完全重合，完成零件装卡；

步骤6.2，找正：找正基准为基准扁平面M和轴径母线，在磨床精加工外圆过程中构建出轴径母线这一基准，铣床加工基准扁平面M时严格控制其与轴径中心的尺寸公差、与轴径母线的平行度要求，从而建立基准扁平面M这一基准；铣床进行直刀槽、键槽加工时严格按照基准扁平面M和轴径母线找正、测量、对刀、返尺寸；镗床进行螺旋槽各部的加工时也严格按照基准扁平面M和轴径母线找正、测量、对刀、返尺寸；保证铣床和镗床加工基准一致，从而保证镗床加工出的螺旋刀槽与铣床加工出的直刀槽、键槽尺寸、角度及位置度关系完全符合图纸要求；

步骤6.3，具体实施：如图1所示，螺旋线基圆直径为D，导程为P，螺旋角角度为β，其相关关系为

将基准扁平面M设为机床B轴旋转零点，螺旋刀槽下端螺旋线起点Q设为机床X轴、Y轴零点，对刀完成后，机床B轴旋转角度θ，θ为基准扁平面M与剪刃安装螺旋面的夹角，Y轴的行程轨迹遵循已验证合格的螺旋线加工程序，程序中机床B轴旋转角度与Y轴行程的关系为：

加工剪刃安装螺旋面至单边余量1mm；进行检测校正，确认机床精度、程序准确性、加工方法及计算结果等各项参数均正确无误后，加工剪刃安装螺旋面达图纸尺寸；主轴归零，机床B轴旋转角度θ-α，并偏移相应尺寸，加工α角度螺旋面达设计图纸尺寸；依次将机床B轴旋转角度θ-δ、θ+ε，并偏移相应尺寸，加工δ角度螺旋面和ε角度螺旋面达设计图纸尺寸。

本发明带螺旋刀槽飞剪刀轴的检测方法，具体包括以下两步：

步骤1，交检螺旋线准确度，表针置于螺旋面预压归零，按加工程序缓慢行走，观察指针跳动偏差；

步骤2，由检查人员随机给出3-5个Y轴坐标，按公式

计算出相应的B轴旋转角度机床按照给出的3-5组数据进行对刀并旋转相应角度后，检测螺旋面至刀轴中心距离是否为图纸对应距离尺寸。

本发明涉及的螺旋刀槽为小螺旋角多斜面复合螺旋刀槽，刀轴长，螺旋角小，在一般数控镗床很难加工，本发明采用逐个加工各个螺旋面的方式，设立合理基准面，正确编程，通过大量试验，总结出来加工该螺旋刀槽的方法。

以下为申请人加工出的一个带螺旋刀槽飞剪刀轴的具体案例：

某滚筒机构螺旋剪刃飞剪结构上下刀轴刀槽为螺旋刀槽，且对称位置设计直刀槽，螺旋刀槽设计要求螺旋线全长2米范围精度0.01mm，全长平面度0.01mm，并且要求上下螺旋刀槽导程一致。剪刃为直剪刃用螺旋压块固定在刀轴的螺旋刀槽内，发生弹性变形后形成螺旋剪刃，安装后上下螺旋剪刃间隙要求≤0.01mm/m。

该螺旋刀槽由于长度长，螺旋角小，高速旋转类车铣复合机床无法加工，国内外加工此类螺旋刀槽使用高精尖复合加工中心进行加工，而此类设备在生产轧钢设备的传统制造企业较为稀有，且制造费用较高。为打破设备限制，节约制造成本，本发明使用普通四轴联动镗床立置加工，旋转工作台实现工件的慢速旋转，工作台与主轴的联动实现螺旋刀槽的逐步加工，既克服了铣床无法实现工件旋转的问题，又克服了车床旋转速度过快难以对刀的问题，加工出了满足设计图纸各项参数要求的螺旋刀槽。按照本发明所述工艺方法加工此带螺旋刀槽飞剪刀轴，满足了设计图纸的各项设计参数要求，一次交检合格，装配使用效果较好，产生较好的经济效益。

Claims (6)

1.一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，下料，选用锻件毛坯料，锻件毛坯料外形单边加工余量10-12mm，在锻件毛坯料一端留有卡头，用于后续步骤中刀轴机械性能检测；

步骤2，粗加工，分三步进行：

步骤2.1，分别采用车床、铣床加工刀轴各面，在各面满足探伤光洁度要求后，进行超声波探伤，保证内部无缺陷；

步骤2.2，分别采用车床、铣床加工各外圆、扁平面、直刀槽和键槽，加工至各部位均留有单边余量6mm；

步骤2.3，粗加工螺旋刀槽，按三维建模模拟计算好的结果，加工成近均匀余量的斜槽，保证单边余量为6-9mm；

步骤3，调质处理，调质处理后锯下步骤1中预留的卡头进行设计要求的机械性能检测，检测内容完全合格后继续进行后续加工；

步骤4，半精加工，各外圆及相关端面的加工使用车床加工至单边余量2mm，扁平面、直刀槽、键槽使用铣床加工至单边余量2mm；在刀轴的吊装端制作起吊用螺纹孔；使用铣床在远离螺旋刀槽的一侧扁平面钻工装螺纹孔，该扁平面为装卡扁平面N面，与其相对的靠近螺旋刀槽一侧的扁平面为基准扁平面M面；

步骤5，加热消应力，释放零件加工过程中产生的残余应力；

步骤6，精加工，各外圆及相关端面的加工使用车床加工达设计要求；对于位置度、尺寸公差及光洁度要求高的部位留取磨削余量，然后使用磨床精磨余量部位达设计要求；扁平面、直刀槽、键槽使用铣床精加工至设计要求；螺旋刀槽使用四轴联动镗床立置加工。

2.如权利要求1所述一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法，其特征在于，在所述步骤2和步骤4的加工过程中，零件各部阴阳角均进行圆角、倒角处理。

3.如权利要求1所述一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法，其特征在于，所述步骤3中调质处理的具体步骤为：将刀轴进行淬火加热，淬火温度为850℃-860℃，保温5-6h，采用油冷对刀轴进行冷却，冷却至100℃-150℃，出油，回火处理将刀轴加热至580℃-600℃保温8-10h，出炉，将刀轴自然冷却至室温。

4.如权利要求1所述一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法，其特征在于，所述步骤5中加热消应力的具体步骤为：将刀轴加热至550℃-560℃，然后随炉冷却至300℃以下，出炉，自然冷却至室温。

5.如权利要求1所述一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的加工方法，其特征在于，所述步骤6中螺旋刀槽的具体加工步骤为：

步骤6.1，装卡：将车床用卡盘(3)置于镗床旋转工作台(2)中心位置，机床打表检测并调整其与工作台中心同轴，使用吊环螺钉(6)吊装刀轴(1)，使刀轴(1)立置于调整好的卡盘(3)内，将刀轴(1)的装卡扁平面N与工装压板(5)固定，初步预紧卡盘(3)的卡爪，吊装装卡弯板(4)于工作台，将其与工装压板(5)进行机械预固定，机床打表检测，通过调节螺钉最终满足零件轴向中心与工作台B轴完全重合，完成零件装卡；

步骤6.2，找正：找正基准为基准扁平面M和轴径母线，在磨床精加工外圆过程中构建出轴径母线这一基准，铣床加工基准扁平面M时严格控制其与轴径中心的尺寸公差、与轴径母线的平行度要求，从而建立基准扁平面M这一基准；铣床进行直刀槽、键槽加工时严格按照基准扁平面M和轴径母线找正、测量、对刀、返尺寸；镗床进行螺旋槽各部的加工时也严格按照基准扁平面M和轴径母线找正、测量、对刀、返尺寸；保证铣床和镗床加工基准一致，从而保证镗床加工出的螺旋刀槽与铣床加工出的直刀槽、键槽尺寸、角度及位置度关系完全符合图纸要求；

步骤6.3，具体实施：螺旋线基圆直径为D，导程为P，螺旋角角度为β，其相关关系为

将基准扁平面M设为机床B轴旋转零点，螺旋刀槽下端螺旋线起点Q设为机床X轴、Y轴零点，对刀完成后，机床B轴旋转角度θ，θ为基准扁平面M与剪刃安装螺旋面的夹角，Y轴的行程轨迹遵循已验证合格的螺旋线加工程序，程序中机床B轴旋转角度与Y轴行程的关系为：

加工剪刃安装螺旋面至单边余量1mm；进行检测校正，确认机床精度、程序准确性、加工方法及计算结果等各项参数均正确无误后，加工剪刃安装螺旋面达图纸尺寸；主轴归零，机床B轴旋转角度θ-α，并偏移相应尺寸，加工α角度螺旋面达设计图纸尺寸；依次将机床B轴旋转角度θ-δ、θ+ε，并偏移相应尺寸，加工δ角度螺旋面和ε角度螺旋面达设计图纸尺寸。

6.一种带螺旋刀槽飞剪刀轴的检测方法，其特征在于，具体包括以下两步：

步骤1，交检螺旋线准确度，表针置于螺旋面预压归零，按加工程序缓慢行走，观察指针跳动偏差；

步骤2，由检查人员随机给出3-5个Y轴坐标，按公式

计算出相应的B轴旋转角度机床按照给出的3-5组数据进行对刀并旋转相应角度后，检测螺旋面至刀轴中心距离是否为图纸对应距离尺寸。

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