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        花鍵形面數(shù)控銑削工藝方法改進(jìn)

        2015-12-06 09:13:23航宇救生裝備有限公司湖北襄陽(yáng)441003姜忠平
        金屬加工(冷加工) 2015年24期
        關(guān)鍵詞:耳片心軸花鍵

        ■ 航宇救生裝備有限公司 (湖北襄陽(yáng) 441003) 金 鑫 宋 毅 姜忠平 宋 珂

        花鍵形面數(shù)控銑削工藝方法改進(jìn)

        ■ 航宇救生裝備有限公司 (湖北襄陽(yáng) 441003) 金 鑫 宋 毅 姜忠平 宋 珂

        在加工中心A軸機(jī)床上加工某典型細(xì)長(zhǎng)薄壁軸類零件的花鍵及耳片形面,通過(guò)對(duì)裝卡工裝、刀具選擇及切削要素等方面的改進(jìn),從單件、小批試制到大批量生產(chǎn),不僅保證了加工質(zhì)量,還提高了加工效率。

        軀干束縛控制機(jī)構(gòu)是飛行員彈射救生系統(tǒng)中的重要組成部分,其主體構(gòu)件花鍵軸(中型件)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)工藝精度要求,以及生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量、操作的穩(wěn)定高效,一直是技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)。

        1. 工藝要求特點(diǎn)

        工件材料為L(zhǎng)C4-CS,采用φ60mm×325mm棒料加工的方式,加工過(guò)程步驟多,材料及加工成本較高。加工花鍵120o±10′及表面粗糙度值Ra=1.6μm等高精度形面,工藝要求高;零件整體結(jié)構(gòu)類型為薄壁型細(xì)長(zhǎng)軸類(見(jiàn)圖1),結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并不高。

        圖 1

        2. 原工藝方案存在的問(wèn)題

        零件所有回轉(zhuǎn)體的外圓內(nèi)孔形面已由數(shù)控車削分粗、精方式加工到位,這里我們從車削后的零件毛坯狀態(tài)與工藝要求的數(shù)銑加工內(nèi)容兩方面考慮,加工過(guò)程分為兩步:第一步,加工花鍵;第二步,加工耳片。第一步操作時(shí),耳片貼緊A軸卡盤,為避免干涉,只能加工花鍵,圖2所示為組合圖,表示了銑削加工中心A軸運(yùn)動(dòng)原理及分步加工狀態(tài)。

        圖2 原方案組合圖

        近年來(lái),隨著精細(xì)化、精益化工作的開(kāi)展,質(zhì)量、成本目標(biāo)提高,生產(chǎn)批量增大到二三百件,客戶需求周期不斷縮減,突顯出花鍵軸的數(shù)銑加工操作現(xiàn)狀已不合時(shí)宜,實(shí)際情況為:數(shù)控加工程序?qū)嶋H生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間第一步為50min/件,第二步為25min/件;輔助找正耗時(shí)15min,共18個(gè)動(dòng)作,生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。多年批產(chǎn)的情況表明,偶有質(zhì)量狀況發(fā)生,如夾持表面損傷,A軸旋轉(zhuǎn)過(guò)切,長(zhǎng)度方向(X軸向)過(guò)切、深度方向(Z軸向)過(guò)切等。

        召集相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)、操作人員進(jìn)行了專題討論,每個(gè)與會(huì)者從不同角度各抒己見(jiàn),從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)(5M1E)等方面歸納分析了花鍵軸數(shù)銑工序生產(chǎn)周期影響因素,找到具體原因,分別采取以下改進(jìn)措施。

        3. 針對(duì)裝卡工裝的改進(jìn)

        (1)夾具設(shè)計(jì)與制作:經(jīng)查看工藝,對(duì)零件實(shí)物批量檢測(cè)發(fā)現(xiàn),零件端部?jī)?nèi)孔φ25+0.25+0.10mm ×22+0.50+0mm為數(shù)車加工,尺寸一致,均為φ25.18mm×22.10mm,確定可以利用它(見(jiàn)圖1左端)。運(yùn)用膨脹、自定心原理,選取合適錐度,利用該內(nèi)孔臺(tái)階結(jié)構(gòu)傳遞尾座頂持推力,從而膨脹、夾持φ25+0.25+0.10mm內(nèi)孔,設(shè)計(jì)了自定心心軸,圖3所示為膨脹心軸實(shí)物分體圖。

        圖3 膨脹心軸分體圖

        (2)操作過(guò)程與效果:改原有的卡頂裝夾方式為雙頂裝夾方式,以零件兩端φ25mm、φ22mm內(nèi)孔為定位基準(zhǔn),設(shè)計(jì)心軸工裝完成工件的定位與夾持,卡盤一端利用心軸的錐度自定心原理,解決φ25mm定位內(nèi)孔帶來(lái)的配合間隙問(wèn)題。利用尾座一端φ22mm內(nèi)孔的臺(tái)階結(jié)構(gòu),傳遞頂尖推力,完成工件的定位和夾緊。裝夾過(guò)程分為松尾座→取下已加工零件→清理安裝面→放入下一工件→上緊尾座等5個(gè)步驟,生產(chǎn)加工中,沒(méi)有零件從夾具中松脫而產(chǎn)生振動(dòng)的現(xiàn)象,也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他質(zhì)量隱患。首件調(diào)試找正時(shí)間僅為5~8min,批量加工時(shí)的零件裝卸時(shí)間均少于2min,勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低。

        (3)優(yōu)點(diǎn):①簡(jiǎn)化了安裝步驟,縮短了工件基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)的重復(fù)裝夾和找正過(guò)程;零件加工所需的A軸起始角度,由原來(lái)的每件、每步都需要找正及輸入數(shù)據(jù),改進(jìn)為首件一次找正、本批次全部受用。②定位心軸在裝夾過(guò)程中清理方便、快捷;人為參與的實(shí)操環(huán)節(jié)大量減少,安全情況全面改善。③加工區(qū)域接近卡盤與尾座兩端支撐點(diǎn),所以零件中段完全由管體自主支撐,基本上可以滿足加工強(qiáng)度要求。

        4. 針對(duì)所選刀具走刀方式的改進(jìn)

        (1)刀路設(shè)計(jì)與制作:加工形面如圖3所示,花鍵端面與耳片相鄰面僅有5mm,花鍵側(cè)面加工選用刀具直徑≤10mm,不可切傷耳片,所以刀具刃尖只能伸出4.5mm,花鍵側(cè)面精切由φ8mm立銑刀完成(見(jiàn)圖1中的B-B剖視圖)。

        新方案中刀具路徑沿X軸往返切削,A軸旋轉(zhuǎn)均勻步進(jìn),共同完成花鍵的銑削。刀具借助工件上的退刀槽,不留加工死角,可以發(fā)揮設(shè)備直線快速進(jìn)給的優(yōu)勢(shì)。圖4、圖5所示為新舊刀路對(duì)比。

        圖4 原方案A軸旋轉(zhuǎn)走刀原理

        圖5 新方案X軸直線進(jìn)給原理圖

        (2)切削過(guò)程與效果:加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)X軸作主切削運(yùn)動(dòng),A軸步距越小,花鍵間的圓弧面φ29-0.03-0.25mm擬合越好,但步距較小時(shí)切削效率明顯下降,去屑時(shí)間加長(zhǎng)。經(jīng)調(diào)試,要想同時(shí)取得高的切削效率和好的圓弧擬合效果,經(jīng)電腦模擬和試切,基本確認(rèn)A軸步進(jìn)角度在1.5o~2o之間(見(jiàn)圖6)。

        圖6 X軸走刀紋路實(shí)物圖

        (3)優(yōu)點(diǎn):加工效率提高40%,零件尺寸與表面質(zhì)量均滿足要求,大幅減少A軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損的幾率。

        5. 針對(duì)切削三要素的改進(jìn)

        (1)參數(shù)設(shè)計(jì)與調(diào)試:在滿足工藝尺寸精度要求、直線軸速度受機(jī)床極限控制的前提下,可選用無(wú)切削定位速度f(wàn)max=4 000~6 000mm/min。粗加工時(shí),進(jìn)給速度可選用3 000 mm/min,切削深度2~4mm;精加工時(shí),進(jìn)給速度只可選用1 600mm/min,切削深度0.2~0.4mm。在高進(jìn)給的同時(shí),關(guān)注主進(jìn)給直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向方式,以小圓弧運(yùn)動(dòng)來(lái)緩解拐彎折點(diǎn)機(jī)床慣性沖擊。經(jīng)調(diào)試確認(rèn)第4套切削參數(shù)(見(jiàn)表1)較為適合,滿足所要求的加工質(zhì)量和效率。

        表1 切削參數(shù)極限調(diào)試表

        (2)實(shí)操過(guò)程與效果:通過(guò)實(shí)際加工可知,①切削進(jìn)給速度過(guò)高時(shí),刀具有明顯磨損現(xiàn)象。②切削深度較大時(shí),零件有輕微振動(dòng)。③刀具轉(zhuǎn)速必須與切削進(jìn)給速度匹配,從而得到較好的表面粗糙度值。

        (3)優(yōu)點(diǎn):適當(dāng)?shù)剡x配切削三要素,對(duì)效率、質(zhì)量都有幫助,單件加工時(shí)間又減少了14min以上,可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。

        6. 新舊方案效果對(duì)比

        這是一次具有典型代表意義的工藝改進(jìn)活動(dòng),新舊方案詳細(xì)效果對(duì)比如表2所示。

        通過(guò)本次工藝改進(jìn),取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)。降低了花鍵軸零件的生產(chǎn)準(zhǔn)備和占機(jī)時(shí)間,提高了A軸加工中心設(shè)備的利用率,以此為起點(diǎn),逐步完善花鍵形面的數(shù)控銑削技術(shù);以高效穩(wěn)定的加工方案,提升應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的快速反應(yīng)能力。以此次活動(dòng)為新的起點(diǎn),打破已有的固化思路,全面探索、完善數(shù)控銑削夾具、刀具和機(jī)床等方面的綜合運(yùn)用能力,充實(shí)數(shù)銑加工技術(shù)的模塊化、成組化內(nèi)涵。

        表2 新舊方案效果對(duì)比表

        [1]李福生. 數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京:北京出版社,1996.

        [2]王先逵. 機(jī)械制造工藝學(xué)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

        [3]揚(yáng)可楨. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,1989.

        [4]陳家坊. 最新金屬切削加工工藝實(shí)用手冊(cè)[M].上海:金盾出版社,2006.

        [5]陳宏鈞. 金屬切削常用標(biāo)準(zhǔn)工具手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

        20150916)

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