胡冬生

摘要：圓弧端齒零件是航空器發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子廣泛使用的基本零件之一，在其他行業(yè)也有較多使用。圓弧端齒零件結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，加工難度大，傳統(tǒng)加工技術(shù)存在一定的技術(shù)難題。與之相比，圓弧端齒的數(shù)控加工技術(shù)具備眾多優(yōu)勢，是相關(guān)技術(shù)發(fā)展的方向和趨勢。本文對圓弧端齒數(shù)控加工技術(shù)的部分關(guān)鍵環(huán)節(jié)做了分析。

關(guān)鍵詞：圓弧;端齒;數(shù)控;加工;

21世紀(jì)以來，數(shù)控加工技術(shù)獲得了蓬勃發(fā)展，隨著數(shù)控加工技術(shù)的提升和推廣，企業(yè)提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，獲得了更多的利潤空間，促進(jìn)世界各國的加工業(yè)都發(fā)生了巨大變革。圓弧端齒數(shù)控加工技術(shù)是數(shù)控加工技術(shù)中的一種，目前在我國也得到了較多應(yīng)用，獲得了一定程度的發(fā)展。

1 圓弧端齒數(shù)控加工技術(shù)概述

圓弧端齒是美國格里森公司在上世紀(jì)40年代初發(fā)明，之后被推廣應(yīng)用在航空器的發(fā)動機(jī)上，通常在發(fā)動機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子間起連接作用，在其他行業(yè)也有一些應(yīng)用。由于圓弧端齒要承受一定程度的載荷，因此必須具備足夠的強(qiáng)度、表面積以及合理的結(jié)構(gòu)。

1.1 圓弧端齒磨削加工的原理

圓弧端齒齒面普遍使用砂輪磨削的方式來完成加工，首先根據(jù)端齒形狀參數(shù)合理確定砂輪的徑向尺寸，選取適宜的砂輪。端齒齒面形狀與砂輪磨削參數(shù)及兩者空間位置關(guān)系、加工時間等參數(shù)均有關(guān)，要提前制定加工方案，必要時可以試加工。加工過程中，砂輪將一個齒槽打磨成形后，轉(zhuǎn)動齒盤至下一個齒槽位置開始第二個齒槽的加工，完成后再轉(zhuǎn)動齒槽，重復(fù)此過程直至所有齒槽加工完成。

1.2 圓弧端齒的測量方法

加工完成后，需要對圓弧端齒進(jìn)行測量檢驗，以驗證加工效果是否符合工藝要求。我國所使用的具體方法，是在國外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上不斷發(fā)展提升而來，但目前仍存在較大的改進(jìn)空間。國內(nèi)對于圓弧端齒的檢驗測量多采用圓弧端齒量規(guī)測量法和著色檢驗法。

圓弧端齒量規(guī)測量法即通過專門為圓弧端齒檢測而設(shè)計的量規(guī)來進(jìn)行檢測，判斷圓弧端齒的加工質(zhì)量是否符合工藝要求。只有符合工藝要求的圓弧端齒能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和可替換性。圓弧端齒量規(guī)又分為凸齒和凹齒兩種，檢驗過程中應(yīng)當(dāng)交替使用，并進(jìn)行相互校準(zhǔn)。

著色檢驗法，即通過對圓弧端齒表面著色的方式來觀察、檢驗圓弧端齒加工質(zhì)量的方法。該方法多用于定性描述，而不能像圓弧端齒量規(guī)測量法一樣實現(xiàn)定量分析。檢驗時使用專用的刷子將齒面清刷干凈，再進(jìn)行著色。必要時可以先使用有機(jī)溶劑如乙醇溶液對圓弧端齒表面擦拭，除去表面附著的雜質(zhì)。

除以上兩種方法外，還可以使用幾何公差檢驗法、圓度儀檢查法，來對圓弧端齒的某幾項加工參數(shù)進(jìn)行檢驗，起到輔助檢驗的作用。

2 圓弧端齒數(shù)控加工技術(shù)分析

圓弧端齒在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)的作用，一是實現(xiàn)扭矩傳遞，二是實現(xiàn)連接件之間的同軸度誤差可控。傳統(tǒng)上采用磨齒機(jī)進(jìn)行加工，但隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已多采用數(shù)控機(jī)床來完成圓弧端齒加工。下文以某圓弧端齒為例，對其數(shù)控加工技術(shù)加以分析。

2.1 準(zhǔn)備工作

2.1.1 圓弧端齒基本參數(shù)

該圓弧端齒具有凹凸2種齒形，凹凸齒之間互相嚙合。輪盤端面有36個齒形，齒長23mm，齒深為5.133～5.233mm;中節(jié)面距離上表面距離為2.255～2.295mm;砂輪半徑和中心半徑分別為102.04mm、138.4mm;壓力角為30度;底座最小厚度為2.5mm。

2.1.2 圓弧端齒材料

該圓弧端齒加工采用GH4169強(qiáng)化鎳基高溫合金材料，其抗疲勞、抗氧化、耐腐蝕性能、加工性能、焊接性能良好。

2.1.3 加工設(shè)備

采用Ferrari立式5坐標(biāo)加工中心。機(jī)床格局、加工設(shè)備和零件安裝狀態(tài)基本上吻合，試驗的加工工藝能夠應(yīng)用在實際加工中。

2.2 數(shù)控加工工藝

2.2.1 圓弧端齒加工原理

圓弧端齒端面花鍵聯(lián)軸器的原理也就是圓弧端齒的嚙合原理。砂輪尺寸、中心的設(shè)計是建立在砂輪磨削原理萆礎(chǔ)七。加工圓弧端齒是依靠杯形砂輪的高速旋轉(zhuǎn)，在需要加工的零件端面上進(jìn)行磨削，使用杯形砂輪的外徑進(jìn)行磨削時能夠加工出凹型圓弧端齒，而使用內(nèi)徑磨削則能加工出凸型圓弧端齒。

2.2.2 加工材料的特性

加工圓弧端齒的GH4169材料具有極大的韌性和強(qiáng)度，因而在進(jìn)行切削的時候，比較容易產(chǎn)生粘刀甚至加工硬化等現(xiàn)象，刀具極易受到磨損。由于該材料的切削性能差，因而切削效率比較低，刀具的使用壽命也被迫降低，加工難度比較大。

2.2.3加工精度的要求

對圓弧端齒進(jìn)行著色檢查時，工作面著色面積不能小于90%，而其中心與基準(zhǔn)孔有如.025 mm的同軸度。由于受圓弧端齒的工藝和其自身結(jié)構(gòu)所限，銑削空間比較狹窄，圓弧端齒材料有著很差的加工性，刀具選擇閑難.精度控制難度也十分大。所以怎樣使用切削技術(shù)和加：r精度、變形控制技術(shù)，如何優(yōu)化工藝以滿足精度要求并制定檢驗標(biāo)準(zhǔn)是急需解決的關(guān)鍵問題。

2.2.4 工藝流程

1）創(chuàng)建數(shù)控程序模型

由于該圓弧端齒共有凹凸齒形各18，合計36個，因此，應(yīng)當(dāng)建立凹凸齒槽數(shù)控程序模型，在加工時重復(fù)調(diào)用18次，來完成加工。創(chuàng)建數(shù)控程序模型是圓弧端齒加工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，數(shù)控程序模型質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)工序的質(zhì)量，因此必須要高質(zhì)量完成。

2）選擇刀具

圓弧端齒數(shù)控加工刀具應(yīng)當(dāng)按照粗加工和精加工進(jìn)行分類選擇。選擇時，要綜合考慮圓弧端齒形狀尺寸、幾何空間位置等參數(shù)。通過具體分析以上參數(shù)，確定直徑5毫米整體刀為粗加工刀具，直徑2毫米球刀為精加工刀具。

3）設(shè)計走刀軌跡

選擇刀具完成后，確定UG數(shù)控型腔銑進(jìn)行粗加工，UG型腔銑可以實現(xiàn)快速去除多余材料，用于圓弧端齒粗加工極為適宜。走刀軌跡編程要實現(xiàn)優(yōu)化，編程過程應(yīng)當(dāng)模塊化，以便于移植到其他加工項目，當(dāng)然也可以采用其他項目優(yōu)化過的模塊，盡量做到減少冗余，控制走刀路線長度，減少空程。好的走刀軌跡可以減少刀具工作時間，提高效率，便于保護(hù)刀具。由于圓弧端齒的結(jié)構(gòu)特點，編制出一條沿齒槽側(cè)壁連續(xù)走刀無空程的走刀軌跡。

3 結(jié)語

圓弧端齒數(shù)控加工是圓弧端齒加工技術(shù)的發(fā)展趨勢，對于滿足圓弧端齒加工精度有著更好的優(yōu)越性，其加工效率和加工成本也更優(yōu)。圓弧端齒數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用前景必然十分廣闊。

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