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        HT665車銑復(fù)合加工中心加工異形漸開線齒輪軸研究

        2021-03-27 16:35:12張強(qiáng)湯田江灝源陳錦麟
        中國(guó)設(shè)備工程 2021年5期

        張強(qiáng),湯田,江灝源,陳錦麟

        (云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,云南 昆明 650203)

        當(dāng)今,機(jī)床智能化程度越來越高,高端數(shù)控機(jī)床可控軸數(shù)也越來越多,逐漸出現(xiàn)了具有多種加工能力的復(fù)合機(jī)床。如圖1所示,HT665車銑復(fù)合中心是一種將車削和銑削、鉆削等功能集一身的復(fù)合型多功能數(shù)控機(jī)床,被廣泛用于鐵路、航空、兵器等行業(yè)加工復(fù)雜零件,是專為滿足高精度、高效率要求而設(shè)計(jì)和制造的超高性能加工設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)一次性裝夾工件完成五面所有或大部分車削和銑削加工內(nèi)容(包括空間曲面和斜孔),打破了傳統(tǒng)組合加工方法,提高加工效率的同時(shí),還保證了加工精度。隨著制造業(yè)的快速發(fā)展,機(jī)加工行業(yè)常要加工一些精度要求高、加工難度大的復(fù)雜零件,普通機(jī)床和常用的加工方法已不滿足這些復(fù)雜零件的加工要求,此時(shí),就需要借助像HT665車銑復(fù)合中心這樣的多功能數(shù)控機(jī)床來能滿足加工需求。

        圖1 HT665車銑復(fù)合加工中心

        圖2 異形漸開線齒輪軸簡(jiǎn)圖

        異形漸開線齒輪軸(圖2)屬精度要求高、加工難度大的復(fù)雜零件,需在數(shù)控車床和數(shù)控銑床上完成不同的加工內(nèi)容,必須進(jìn)行多次裝夾定位及對(duì)刀操作,但難以保證零件的加工精度和形位公差。選用帶有雙刀塔、雙主軸的HT665車銑復(fù)合中心進(jìn)行加工可有效減少裝夾次數(shù),實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成多道加工工序,有效保證零件的相互位置要求和尺寸精度。下面對(duì)HT665車銑復(fù)合中心加工異形漸開線齒輪軸的過程進(jìn)行介紹。

        1 圖紙分析

        異形漸開線齒輪軸主要由漸開線斜錐齒輪、鍵槽、斜錐面、端面?zhèn)鲃?dòng)齒輪等特征組成,加工技術(shù)難點(diǎn)主要有2方面,一是漸開線斜錐齒輪和端面?zhèn)鲃?dòng)齒輪同軸度要求為0.01mm、圓跳動(dòng)0.005mm,位置精度要求高,加工時(shí)多次裝夾會(huì)引起位置精度超差。二是圓錐面上分布的鍵槽和斜錐平面上的孔需要使用B軸擺動(dòng)定位后進(jìn)行加工,以保證鍵槽及孔的角度位置,這些加工要求是普通加工設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)的。若選用HT665車銑復(fù)合中心對(duì)該零件進(jìn)行加工,該設(shè)備的性能完全能滿足加工要求,且優(yōu)勢(shì)明顯。

        2 加工工藝方案

        經(jīng)工藝分析,需先在副主軸上完成左端各部分的特征加工,然后,副主軸送料給主主軸對(duì)接裝夾,再進(jìn)行右端各部分的特征加工。在加工右端斜錐平面和圓錐面上的鍵槽時(shí),需使用上刀塔B軸的擺動(dòng)功能,上刀塔擺動(dòng)一定角度后進(jìn)行加工。在加工漸開線斜齒輪時(shí),要使用四軸聯(lián)動(dòng)功能才能滿足加工要求。中間鍵槽及逗點(diǎn)齒輪使用下刀塔進(jìn)行加工,加工時(shí),需使用主主軸的分度定位功能配合下刀塔完成加工。整個(gè)加工過程只需一次人工裝夾,副主軸與主主軸對(duì)接裝夾由機(jī)床自動(dòng)完成,無須人為參與,有效保證了再次裝夾的定位精度。

        2.1 副主軸上完成的加工內(nèi)容

        將毛坯夾持在副主軸上進(jìn)行左端零件特征加工,工序?yàn)椋海?)用45°端面車刀車平左端端面。(2)用90°外圓車刀粗、精車左端外形輪廓至尺寸。(3)用φ20麻花鉆粗加工左端內(nèi)孔。(4)用90°內(nèi)孔車刀粗、精加工左端內(nèi)輪廓至尺寸。(5)用φ6硬質(zhì)合金立銑刀粗、精加工左端端面齒輪至尺寸。(6)左端零件特征加工完后副主軸對(duì)接主主軸進(jìn)行抓料,完成調(diào)頭。

        2.2 主主軸上完成的加工內(nèi)容

        工件掉頭后進(jìn)行右端零件特征加工,工序?yàn)椋海?)用45°端面車刀車平右端端面,并保證工件總長(zhǎng)尺寸。(2)采用跟隨加工功能,上下刀塔兩把90°外圓車刀同時(shí)高效粗車右端外形輪廓。(3)90°外圓車刀精車右端外形輪廓至尺寸。(4)上刀塔B軸擺動(dòng)45°定位,主主軸進(jìn)行分度后,用φ10硬質(zhì)合金立銑刀粗、精銑削右端斜錐平面。(5)用φ3.8和φ5.8麻花鉆粗加工φ4和φ6孔后,用φ4H7和φ6H7鉸刀鉸孔。(6)用切槽刀(刀寬4mm)粗、精車削凹槽及圓錐面。(7)用φ6硬質(zhì)合金立銑刀粗、精銑削圓柱面上均勻分布的鍵槽及逗點(diǎn)齒輪。(8)上刀塔B軸擺動(dòng)45°定位,用φ8硬質(zhì)合金立銑刀粗、精銑削圓錐面上均勻分布的鍵槽。(9)上刀塔B軸配合主主軸分度實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng),用φ6硬質(zhì)合金立銑刀粗、精銑削漸開線斜齒輪。

        3 刀具選用及切削參數(shù)

        正確選擇刀具類型及材料是保證零件加工精度的重要環(huán)節(jié),刀具的選擇需充分考慮零件形狀、材料等各方面因素。選擇車削刀具時(shí)需注意兩個(gè)方面,一是粗加工刀具需大量去除毛坯多余材料,應(yīng)選用較小前角的刀片,刀尖圓弧半徑選用大的圓弧,減少刀尖磨損。二是精加工刀具要保證零件尺寸精度和表面粗糙度,應(yīng)采用較大前角的刀片,刀尖圓弧半徑不宜太大,避免車削阻力過大使工件變形影響加工精度。選擇銑削刀具時(shí),需注意兩個(gè)方面,一是粗加工時(shí)在尺寸允許的條件下盡量選用大直徑刀具,既保證排銷通暢,又提高加工效率。二是精加工時(shí)選用的刀具刃長(zhǎng)不宜過長(zhǎng),避免刀具剛度不足影響加工精度和表面粗糙度。此次用于加工異形漸開線齒輪軸的材料是2A12鋁棒,該材質(zhì)切削性能較好,選用鋁合金專用硬質(zhì)合金刀具即可,具體刀具名稱及切削參數(shù)見表1。

        表1 刀具及切削參數(shù)

        4 三維建模及生成刀具軌跡

        三維建模用的軟件是Solidworks,建模時(shí)使用尺寸中值建模。尺寸中值建模的優(yōu)點(diǎn)在于建模過程中已充分考慮到如何保證零件的尺寸加工精度,為后續(xù)生成刀具路徑及零件加工提供便利。尺寸中值指尺寸公差范圍內(nèi)的中間值,如φ10的尺寸中值計(jì)算(10.01+10.02)/2=10.015mm。

        生成刀具路徑軌跡用的CAM軟件是Esprit,該軟件是目前比較適合用于車銑復(fù)合中心編寫加工程序的CAM軟件之一。生成刀具路徑軌跡流程為:(1)將建好的三維模型導(dǎo)入Esprit軟件,在軟件中設(shè)置與實(shí)際加工相吻合的毛坯及坐標(biāo)。(2)選用車削加工、跟隨加工、切槽加工、孔加工等車削策略來完成車削部分的刀具軌跡生成。(3)選用纏繞端面型腔加工、輪廓加工、面加工、纏繞型腔加工等策略來完成銑削部分的刀具軌跡生成。最后,使用后置處理文件將優(yōu)化好的刀具路徑軌跡生成用于實(shí)際加工的G代碼程序。由于車銑復(fù)合設(shè)備都比較復(fù)雜,在實(shí)施加工時(shí),稍有不慎就容易出現(xiàn)撞機(jī)事故,所以在使用G代碼進(jìn)行加工前要將生成的G代碼程序?qū)敕抡孳浖M(jìn)行模擬仿真校驗(yàn)來避免撞機(jī)事故發(fā)生。漸開線斜齒輪刀具路徑軌跡及加工實(shí)物見圖3。

        圖3 漸開線斜齒輪刀具路徑軌跡及加工實(shí)物見

        5 結(jié)語

        異形漸開線齒輪軸是車銑復(fù)合加工具有代表性的典型零件,本文分析了該零件的加工技術(shù)難點(diǎn)且制定加工工藝方案,將二位圖紙尺寸進(jìn)行處理后用三維軟件生成了三維模型,再用三維模型生成刀具路徑軌跡及加工用的G代碼程序,最后,操作HT665車銑復(fù)合中心耗時(shí)6小時(shí)完成全部加工,經(jīng)??怂箍等鴺?biāo)檢測(cè),實(shí)物形位公差和尺寸公差均達(dá)到圖紙要求。

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