活塞杆磨削余量优化

2020-03-25

　　活塞杆是长径比较大的细长件，千斤顶是液压支架中关键的零部件，其加工质量的好坏直接影响液压支架动作的灵敏度和准确性。目前活塞杆磨削余量的选择往往根据已有的经验，为防止磨削余量不够，精加工时留有较大余量，但效率较低，影响了整个零部件的加工周期，制约了千斤顶的生产产能。

基于以上原因，无锡创宏机械的工程师测定了不同长度、不同杆径和不同切削参数下的磨削余量，以精车和磨削效率与设备产能对比，优化杆类零件磨削余量和精加工参数，作为杆类精加工的指导性文件，从而提高磨削效率，减少杆类零件的加工周期，降低生产成本。不同杆径、不同长度零件的磨削加工余量经统计，不同直径、不同长度杆类零件的磨削余量如表A所示

表A   杆类零件理论磨削余量

直径/mm

磨削

类型

热处理状态

磨削长度/mm

＜100

≥100～＜250

≥250～＜500

≥500～＜800

≥800～＜1 200

≥1 200～＜2 000

直径余量/mm

30～＜50

外圆磨

未淬硬

0.3

0.3

0.4

0.5

0.6

0.6

≥50～＜80

0.3

0.4

0.4

0.5

0.6

0.7

≥80～＜120

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0.7

≥120～＜180

0.5

0.5

0.6

0.6

0.7

0.8

≥180～＜260

0.5

0.6

0.6

0.7

0.8

0.9

≥260～＜360

0.6

0.6

0.7

0.7

0.8

0.9

≥360～＜500

0.7

0.7

0.8

0.8

0.9

1.0

表A列出的磨削余量是保证磨削质量的经验数据，但根据现有数控加工精度，磨削余量是可以继续优化的。通过控制精车精度，可以减少磨削余量，提高磨削效率。

二、不同杆类零件最小磨削余量测定

统计所有活塞杆规格、长度范围（见表B），以确定需采集的数据。

表B 活塞杆规格及长度范围统计

直径/mm

磨削

类型

热处理状态

活塞杆电镀长度范围/mm



45

外圆磨

未淬硬

149～378


60

245～946


70

222～1 005


85

798～1 000


90

235～595


105

315～1 080


120

247～1 030


140

217～1 191


在现有加工条件下，小磨削余量的测定是磨削余量优化的基础，根据表B统计的活塞杆直径和镀铬区长度范围，按照表A杆类零件理论磨削余量进行分类，逐一进行试验，得到如表C所示的小

表C杆类零件小磨削余量测定       单位：mm）

磨削直径

各长度范围内的小磨削余量

现行工艺中的余量范围


100～＜250

≥250～＜500

≥500～＜800

≥800～＜1 200



45

0.20

0.25

-

-

0.42～0.60


60

0.20

0.25

0.30

0.45

0.42～0.60


70

0.25

0.30

0.35

0.45

0.42～0.60


85

0.25

0.30

0.35

0.45

0.44～0.63


90

0.25

0.30

0.35

-

0.44～0.63


105

0.30

0.35

0.40

0.45

0.46～0.66


120

0.30

0.35

0.40

0.45

0.46～0.66


140

0.35

0.35

0.40

0.45

0.46～0.66


由此可知，现行工艺中的磨削余量范围是保证所有杆类均能磨削出的余量，这种余量是不够精益的。同时，磨削加工余量可以在表A基础上进一步减少，从而提升磨削产能。但是减少磨削余量对精车的精度要求会提高，进而降低了精车产能。因此，有必要根据磨削产能和精车产能来确定是减少磨削余量还是增加精车进给量。

三、确定杆类零件精车设备加工范围和理论产能

1、杆类零件精车设备数量及加工范围如表D所示

表D   杆类零件精车设备数量

设备名称

设备数量

加工范围

总长度/mm

镀铬区直径d/mm

CKS6132

4

≤900

d＜120

LP40

2

≤1 500

120≤d≤140

CK6163

1

≤1 500

120≤d≤140

2、杆类零件精车经济切削参数

涂层硬质合金车刀车削合金钢时的切削三要素如表E所示，但实际上在机床加工过程中，虽然刀具能承受理论车削速度，但是中心架及尾座顶尖的轴承无法承受，如果采用理论车削速度，则轴承更换频繁，影响生产。经过现场调研，确定工件最大转速＜850r/min，最后计算出实际车削参数如表E所示。

表5   杆类零件精车经济切削参数

切削深度/mm

进给量/（mm·r-1）

理论车削速度/（m·min-1）

实际车削速度/（m·min-1）

0.5

0.14

193～205

120～190

1

0.18

185～200

110～180

2

0.25

168～185

100～160

4

0.4

135～160

70～135

3、杆类零件精车理论产能

活塞杆精车镀铬区需要进行半精车和精车两次走刀，不同镀铬区直径下具体的半精车和精车速度如表F所示。通过表F所示的加工三要素，可以计算出表2所示的各种规格活塞杆短和长时的加工时间及总产能（见表F）。

表F 杆类零件精车理论产能

活塞杆镀铬区直径/mm

标准件镀铬区长度范围/mm

活塞端加工时间/min

实际车削速度（半精车/精车）/（m·min-1）

镀铬区加工时间/min

辅助工时/min

精车总时间/min

单台产能/件

设备数量

总产能/件



45

149～378

2.9

95/120

2.1～5.4

0.9～1.2

5.9～9.5

76～47

4

305～189


60

245～946

2.5

135/160

3.4～13.2

1.3～1.9

7.2～17.6

62～25

4

250～102


70

222～1 005

3.8

135/160

3.6～16.4

1.4～2.2

8.8～22.4

51～20

4/3

204～60


85

798～1 000

4.1

135/160

15.8～19.8

2.4～2.5

22.3～26.4

20～17

4/3

80～51


90

235～595

4.2

135/160

4.9～12.5

1.7～2.2

10.8～18.9

41～23

4

166～95


105

315～1 080

5.4

135/160

7.7～26.4

2.1～3.1

15.2～34.9

29～12

4/3

118～38


120

247～1 030

7.7

135/160

6.9～28.8

2.2～3.3

16.8～39.8

26～11

3

80～33


140

217～1 191

8.3

135/160

7.1～38.9

2.4～4.0

17.8～51.2

25～8

3

75～26


1、杆类零件磨削设备数量及加工范围

目前活塞杆工区的磨削设备如表H所示，虽然M131W和MB1332B理论上可以磨削更大直径的活塞杆，但是磨削效率低，根据活塞杆工区的实际情况，确定了各自磨削的实际直径范围。

表H   杆类零件精车设备数量

设备名称

设备数量

加工范围

总长度/mm

镀铬区直径/mm

M131W

1

≤1 000

≤60

MB1332B

2

≤1 500

≤90

M1350

3

≤2 500

≤500

2、杆类零件磨削经济切削参数

根据工艺师手册和现场实际情况，可以得到如表I所示的计算参数，其中M131W使用的是50mm宽砂轮，MB1332B和M1350使用的是75mm宽砂轮，工件轴向进给量为（0.5～0.8）×砂轮宽度，现场实际取0.6×砂轮宽度。由于磨床工件转速为无级变速，经过测定和反算，得到了工件的进给速度如表I所示。

表I   杆类零件精车经济切削参数

活塞杆镀铬区直径/mm

粗磨

光磨

工件进给速度/（m·min-1）

转速/（r·min-1）

轴向进给量/（mm·r-1）

磨削深度/mm

工件进给速度/（m·min-1）

转速/（r·min-1）

轴向进给量/（mm·r-1）

光磨次数

45

12

85

30

0.01

20

141

15.0

2

60

12

64

30

0.01

20

106

15.0

2

70

13

59

45

0.01

25

114

22.5

2

85

13

49

45

0.01

25

94

22.5

2

90

13

46

45

0.01

25

88

22.5

2

105

14

42

45

0.015

30

91

22.5

2

120

14

37

45

0.015

30

80

22.5

2

140

14

32

45

0.015

30

68

22.5

2

3、杆类零件磨削理论产能

通过表I所示磨削参数，可以计算出表A所示的活塞杆各直径最短和长时的加工时间及总产能如表J所示，其中计算用磨削余量使用表C中的小磨削余量。

表J   杆类零件精车理论产能

活塞杆镀铬区直径/mm

标准件镀铬区长度范围/mm

粗磨

精磨

辅助时间/min

总时间/min

单台产能/件

设备数量

总产能/件

磨削时间/min

磨削时间/min

45

149～378

0.6～1.9

0.1～0.4

0.9～1.2

1.6～3.4

276～131

1

131～276

60

245～946

1.3～11.1

0.3～1.2

1.3～1.9

2.9～14.2

31～155

1

31～155

70

222～1 005

1.0～8.5

0.2～0.8

1.4～2.2

2.6～11.5

39～171

2

78～343

85

798～1 000

4.6～10.3

0.8～0.9

2.4～2.5

7.7～13.7

32～58

2

65～116

90

235～595

1.4～5.0

0.2～0.6

1.7～2.2

3.4～7.8

57～134

2

114～268

105

315～1 080

1.6～8.5

0.3～1.1

2.1～3.1

4.1～12.6

35～110

3

106～332

120

247～1 030

1.5～9.2

0.3～1.2

2.2～3.3

4.0～13.7

32～113

3

98～341

140

217～1 191

1.8～12.5

0.3～1.6

2.4～4

4.5～18.0

24～101

3

74～303

五、磨削余量和精加工参数的优化

通过对比磨削产能和精车产能，发现使用小磨削余量计算后，小直径活塞杆磨削产能略微不足，中等直径活塞杆磨削产能略微过剩，大直径活塞杆精车产能不足（见表K）。

表K   磨削产能和精车产能对比

序号

活塞杆镀铬区直径/mm

标准件镀铬区长度范围/mm

磨削总产能/件

精车总产能/件

磨削/精车产能比

1

45

149～378

131～276

189～305

0.70～0.91

2

60

245～946

31～155

102～250

0.31～0.62

3

70

222～1 005

85～343

60～204

1.30～1.68

4

85

798～1 000

71～116

51～80

1.28～1.45

5

90

235～595

114～268

95～166

1.21～1.61

6

105

315～1 080

106～332

38～118

2.76～2.81

7

120

247～1 030

98～341

33～80

2.91～4.25

8

140

217～1 191

74～303

26～75

2.84～4.04

结合表A测定的理论磨削余量，在最小磨削余量（见表C）基础上，需要进行如下优化：

（1）小直径（45mm、60mm）活塞杆磨削余量使用表C测定的小磨削余量，进而提升小活塞杆磨削产能。

（2）略微增加中等直径（70mm、85mm和90mm）活塞杆磨削余量，且适当增大精加工参数，结合实际批量生产，保证每个工件有足够磨削余量，在表3测定的小磨削余量基础上适当增加余量，使精车产能和磨削产能平衡。

（3）增大大直径（105mm、120mm和140mm）活塞杆精车进给量，提升精车产能，但会适当降低精车精度，因而在表C基础上增加磨削余量。

优化后的磨削余量和精车加工参数如表L所示，通过在加工区进一步试验验证，优化后的磨削余量足够，优化后的结果如表M所示，优化后的精加工参数能显著提高中、大直径活塞杆精车产能。

kxz.jpg

表L 优化后磨削余量和精车加工参数

活塞杆镀铬区直径/mm

各长度范围内的磨削余量/mm

精车加工参数


100～＜250

≥250～＜500

≥500～＜800

≥800～＜1 200

半精车速度/（m·min-1）

精车速度/（m·min-1）

半精车进给量/（mm·r-1）

精车进给量/（mm·r-1）



45

0.20

0.25

-

-

95

120

0.25

0.14


60

0.20

0.25

0.30

0.45

135

160

0.25

0.14


70

0.30

0.35

0.40

0.50

130

155

0.3

0.2


85

0.30

0.35

0.40

0.50

130

155

0.3

0.2


90

0.30

0.35

0.40

-

130

155

0.3

0.2


105

0.35

0.45

0.50

0.55

125

150

0.4

0.3


120

0.35

0.45

0.50

0.55

125

150

0.4

0.3


140

0.40

0.45

0.50

0.55

125

150

0.4

0.3


表M   优化后磨削产能和精车产能对比

序号

活塞杆镀铬区直径/mm

标准件镀铬区长度范围/mm

磨削总产能/件

精车总产能/件

磨削/精车产能比

1

45

149～378

131～276

189～305

0.70～0.91

2

60

245～946

31～155

102～250

0.31～0.62

3

70

222～1 005

72～318

71～224

1.01～1.42

4

85

798～1 000

60～104

61～95

0.99～1.09

5

90

235～595

105～247

111～184

0.94～1.34

6

105

315～1 080

92～311

57～151

1.62～2.06

7

120

247～1 030

85～321

49～97

1.74～3.29

8

140

217～1 191

64～287

39～91

1.65～3.13



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