摘要:倒四棱锥结构卷取机在当今冷轧铜带中应用越来越广泛，针对其核心部件锥轴如何在一般通用机床上铣削加工，文章提出了较为简单实用的工艺方法，并对其加工质量控制进行了分析。
关键词:倒四棱锥轴;工艺路线;V型工装架;找正技巧;加工质量
当前我国对铜带产品的精度和质量要求越来越高，要想获得板型好、卷的整齐的高质量带卷，卷取机在冷轧铜带机组中发挥着重要作用。卷筒是卷取机的重要组成部分，一般有实心卷筒式、弓形块径向液压钳口闭式、扇形块四棱锥式、扇形块八棱锥式等几种结构形式。而现代铜带冷轧机发展方向是高速度、大卷径、大张力，四棱锥式卷筒正满足这种特点。
1四棱锥卷筒结构
四棱锥卷筒是各种胀缩式卷筒中刚性最大的一种(图1)，这种卷筒胀径时，由胀缩缸直接带动四棱锥主轴做轴向运动，使扇形块产生径向移动。由于没有中间过渡零件，主轴断面尺寸相对较大，因而强度高、刚度大，可承受更大的负载，适合于大卷径、大张力轧制，在钢铁轧机上已获得广泛应用。新设计的倒四棱锥结构卷筒结构更加合理，使主轴的受力状态由受压变为受拉，显著改善了扇形块的受力状态，且不必设计钩头结构，实际应用效果更加理想。
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作为卷筒中核心部件的倒四棱锥轴，结构复杂，工序繁多，设计要求截面结构对称性好，棱锥面精度要求高，其加工质量好坏直接影响到整套卷筒的质量、装配周期及使用寿命。现阶段，国内大中型数控铣床并不普及，因此，如何在一般通用机床上加工这种高精度中大型工件，对其加工工艺方法提出了较高要求。本文以某台铜带精轧机卷取机为例，着重对这种倒四棱锥结构锥轴(图2)的铣削加工工艺及加工质量控制进行分析。
2锥轴铣削加工工艺分析
2.1零件介绍及工艺路线的确定
该零件长2816mm，直径方向最大为453mm，重量为1150kg，材质为42CrMo，调质HB241～HB286，锥表面氮化处理HRC55～HRC60;其左端为三级棱锥体，尺寸公差为±0.02mm，对称度、平行度、同轴度公差均为±0.01mm，粗糙度为0.8。机械加工过程中，不同的机械加工工艺对零件加工的精度影响较大，尤其针对这种高精度中长大型轴类零件，如何利用多种加工工艺使工件的精度达到设计要求，减少各种因素对加工精度的影响，显得尤为重要。综合考虑，制定了工艺路线(表1)。
2.2铣削加工工艺分析
由于此零件结构复杂，棱锥面呈8°±3'，且相互位置精度要求较高，粗精铣必须依靠工装完成，极易因装夹不当影响加工精度，且加工中需多次旋转找正，无法一次装夹加工完成。现就此四棱锥轴的棱锥面及其燕尾槽的加工及精度控制做详细分析。
2.2.1机床的选择
根据此工件的尺寸大小、平台装夹、要求的切削能力及需达到的加工精度，选择5m数显龙门铣床(H2120/5)。此机床主轴功率为30kW、主轴转速31.5rpm～630rpm、重复定位精度≤0.025mm、工作台尺寸2000mm×5000mm，满足此轴的加工要求。
2.2.2工装的设计及应用
为了保证加工时各棱锥面的相互位置精度，选择定位基准面时应尽量遵循基准重合和基准统一原则。棱锥面的设计基准是轴中心线，故应选择轴中心线作为定位基准。因棱锥面与轴线角度要求为8°±3'，特设计V型工装架(图3)，使棱锥面与机床工作台面平行。此工装架V型面的精加工及相互位置尺寸均在机床上一次装夹加工完成。工装加工好后保持不变，直接装卡工件进行铣削加工，以此保证轴线方向定位基准。
2.2.3棱锥轴翻转90°找正方法
精铣时，为了保证棱锥面相互位置精度，应保持刀具位置不变，工件旋转90°，精铣相邻棱锥面，并反复几次。因工件在V型架中转动，且轴向移动自由度被限制(仅剩下转动一个自由度)，故定位基准没有改变。这样，如何确保90°翻转精度就非常重要了，其找正是否准确直接影响到相邻两面的垂直度要求。一种简单可靠的找正技巧(图4)，可以确保相邻面的垂直度要求。
如图4所示，翻转90°后，用百分表在已加工面上垂直拉表找正，百分表读数满足以下几何关系:M=S×tan8°=X×tan28°;式中，X为机床打表垂直方向位移;M为百分表读数。在已加工面上选取两点，设定垂直拉表距离X分别为250mm、200mm，则M值分别为4.94mm和3.95mm，找正精度为分别为4.94mm±0.01mm、3.95mm±0.01mm，以确保90°翻转，保证相邻两面的垂直度要求。
2.2.4锥面加工时刀具的选用及铣削参数的选择
如表2所示，分别对工件半精铣和精铣时刀具的选用及铣削参数的选择做出了分析。
2.2.5棱锥面上燕尾槽的加工分析
燕尾槽(图5)的加工存在两个难点，一是燕尾槽本身尺寸精度的保证，二是两燕尾槽的对称度要求。针对以上难点，本文做了以下加工工艺简要分析，并提出了相关检测方法。
(1)机床双向拉表找正，定中心线，预先加工39mm×17.5mm直槽(8°斜面留研磨量)。开直槽后，用内、外径千分尺测量，检测对称度要求。
(2)用专用燕尾槽铣刀精铣斜槽，加工中采用“圆棒测量法”间接校验燕尾槽的尺寸精度及对称度要求。如图6所示，利用机床测量M1、M2值，跟理论计算尺寸值比较，可检验其精度要求。
3加工质量控制
机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数相符合的程度，他们之间的差异称为加工误差，加工误差的大小反应了加工精度的高低。根据此工件的工艺特点，结合实际加工中的经验，本文总结了以下几点来分析说明如何控制加工误差，提高加工质量。
(1)工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。本工件选用的是5m龙门铣机床，机床本身刚度强，功率大，精度较高，适合中大型工件的加工。
(2)加工前要调整好铣头与工作台的垂直度，防止工件表面出现“凹心”或“扫刀”现象，从而影响工件的平面度与光洁度，而且还会降低刀具的耐用度。具体检测采用“百分表画圆方法”，操作如下:将百分表架吸在机床的主轴端面，或将百分表的表杆用铣刀弹簧夹头夹上，主轴挂空档，将百分表测量头打到机床的工作台面上，用手扳动主轴轻轻旋转，看左右两侧的尺寸相差值，调整铣头的角度，直到左右两边数据一致即可。
(3)铣削过程中应尽量缩短铣刀的悬伸量，以减小铣刀径向和轴向的跳动量，有效避免或降低由于铣削不均匀而引起的振动，提高切削稳定性。
(4)加工过程中要时刻注意工件的装夹是否牢靠，经常检查和测量，有效防止因工件松动等原因造成残次品或废品。
4结束语
锥轴是卷取机卷筒中的核心零件，而铣削加工是锥轴加工中的关键工序，好的工艺方法可以保证其加工质量，提高生产效率。本文采用的这种新的加工、找正方法，化繁为简，简单实用，在保证工件高精度加工要求的同时降低了对机床的过度依赖性，在加工行业中具有普遍应用价值。——论文作者：张金超
