黃帥，王曉麗

西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

1 引言

齒輪在工業(yè)生產(chǎn)制造中占據(jù)重要地位，而滾齒是齒輪加工的重要方法，因此，滾齒刀具的制造水平在一定程度上影響著齒輪行業(yè)的發(fā)展。目前，我國滾齒刀具制造技術(shù)和世界先進(jìn)水平還有很大差距，代表我國滾齒刀具技術(shù)水平的有哈爾濱第一工具廠、漢江工具廠、上海工具廠、重慶工具廠等企業(yè)，且都已具有比較成熟的滾刀加工和設(shè)計技術(shù)[1]。這些企業(yè)雖然在滾刀生產(chǎn)中能基本實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工，但仍處于多設(shè)備、多工序生產(chǎn)，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率。

本文提出了滾刀的車銑復(fù)合加工方法，該方法能夠解決我國目前滾刀刀具制造中存在的設(shè)備多、工序多、自動化程度低和生產(chǎn)周期難以保證等問題。課題組以國內(nèi)某著名工具廠的滾刀加工工藝為研究對象，研究滾齒刀具車銑復(fù)合加工的理論和工藝。借助UG8.5軟件建立MTA20立式車銑復(fù)合機(jī)床模型，配合VERICUT9.0軟件構(gòu)建虛擬機(jī)床，并設(shè)置數(shù)控系統(tǒng)、毛坯、坐標(biāo)系和刀具等內(nèi)容，設(shè)計了完整的車銑復(fù)合加工工藝流程，并進(jìn)行了滾刀的仿真加工。

2 滾刀傳統(tǒng)加工工藝

加工過程主要是指利用機(jī)械加工的方式，逐步消除被加工毛坯尺寸與空間余量，最后形成目標(biāo)刀具的全過程，同時也是指導(dǎo)機(jī)床操作員現(xiàn)場加工的方法[2]。國內(nèi)某工具制造廠的滾刀加工工序?yàn)殂@內(nèi)孔—車各部—車螺紋—銑容屑槽。表1為該刀具廠滾刀實(shí)際加工過程中的各個工序、所用加工機(jī)床以及加工實(shí)例。

表1 滾刀加工工藝現(xiàn)狀

總體來看，該工具廠滾刀熱處理前加工工序雖然基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工，但仍處于多機(jī)床、多工序的制造水平，由此造成的操作人數(shù)多和效率低等問題有待改進(jìn)。

3 滾刀車銑復(fù)合加工工藝

基于該工具廠實(shí)際滾刀熱處理前的分散加工工藝進(jìn)行工序整合與優(yōu)化，以圖1所示滾刀為例，設(shè)計了滾刀熱處理前車銑復(fù)合加工工藝(見表2)。

表2 車銑復(fù)合加工工藝

4 滾刀車銑復(fù)合仿真加工

4.1 建立機(jī)床模型

為了保證虛擬仿真機(jī)床對實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)意義，仿真機(jī)床需要與實(shí)際機(jī)床的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、刀具等保持一致。本文采用MTA20車銑復(fù)合機(jī)床，該數(shù)控車銑設(shè)備擁有由數(shù)控系統(tǒng)操作的多個刀柄，且機(jī)床控制系統(tǒng)中雙主軸、雙刀架能夠同時運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)切削加工，同時，機(jī)床控制系統(tǒng)還擁有對Y主軸的加工能力，以及能夠達(dá)到強(qiáng)大銑削功效的C主軸功能。該機(jī)床具備四軸聯(lián)動功能，配合副主軸Z向進(jìn)給可以完成工件的雙向夾持，實(shí)現(xiàn)工件的正反面加工，保證一次裝夾完成復(fù)雜工件的全部或大部分工序(見圖2)。

圖1 滾刀零件

圖2 MTA20車銑中心

由于VERICUT軟件并未提供滾刀車銑復(fù)合機(jī)床，因此需要根據(jù)試驗(yàn)的實(shí)際仿真需求，搭建仿真環(huán)境。仿真模型主要目的是模擬滾刀的加工，因此，僅需保留MTA20車銑中心的運(yùn)動軸及床身等主要模塊，其他機(jī)床部件可省略。利用UG軟件建立機(jī)床組件的三維模型并完成裝配(見圖3)。

4.2 搭建虛擬仿真機(jī)床

使用VERICUT軟件對零件實(shí)行虛擬仿真機(jī)械加工，需要提供虛擬環(huán)境。如圖4所示，根據(jù)機(jī)床各部分組件運(yùn)動關(guān)系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，搭建機(jī)床各組件運(yùn)動關(guān)系模型樹后，在VERICUT軟件里加載的MTA20立式車銑復(fù)合加工虛擬機(jī)床框架。其步驟如下：將NX8.5軟件中建立的仿真機(jī)床模型分別劃分成線性軸、旋轉(zhuǎn)軸、機(jī)床床身及夾具等部分，分別以.stl格式導(dǎo)出；在VERICUT項(xiàng)目樹的Base下添加線性軸、旋轉(zhuǎn)軸及主軸部分然后在該位置雙擊添加床身、運(yùn)動軸等對應(yīng)模型文件；將保存好的各組件模型分別導(dǎo)入對應(yīng)的項(xiàng)目下，最后成功將模型導(dǎo)入VERICUT軟件中；按照各軸之間的運(yùn)動邏輯關(guān)系正確定義其依附關(guān)系，分別定義線性軸與旋轉(zhuǎn)軸、機(jī)床組件的依附關(guān)系；同時添加機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)。

圖3 車銑復(fù)合機(jī)床模型

圖4 虛擬機(jī)床配置

4.3 仿真加工

仿真加工的主要目的是通過加工代碼程序驗(yàn)證加工工藝的合理性[3]。采用NX環(huán)境中CAM模塊對毛坯零件進(jìn)行軟件自動編程；通過構(gòu)建加工零件的幾何模型形狀，結(jié)合設(shè)計的車銑復(fù)合加工工藝路線，使用圖像顯示器的光標(biāo)在零件圖像上選定工件范圍，定義走刀路徑，并錄入相應(yīng)工藝參數(shù)后，最終自動生成數(shù)控加工代碼。啟動VERICUT軟件，設(shè)置完成各項(xiàng)參數(shù)后，添加數(shù)控程序，最后點(diǎn)擊“仿真”按鈕，即可開始對滾刀車銑復(fù)合加工過程進(jìn)行仿真加工，其結(jié)果見圖5。

圖5 仿真加工

完成滾刀的加工后，點(diǎn)擊VERICUT軟件中的“自動比較”功能，對其進(jìn)行分析，沒有發(fā)現(xiàn)任何誤差，證明通過車銑工藝仿真加工獲得的模型與標(biāo)準(zhǔn)模型基本相同，驗(yàn)證了該工藝的正確性。

5 結(jié)語

通過分析國內(nèi)滾刀加工工藝現(xiàn)狀，提出了齒輪滾刀的車銑復(fù)合加工方法，設(shè)計了齒輪滾刀的車銑復(fù)合加工工藝方案；利用UG NX軟件按照MTA20車銑中心結(jié)構(gòu)建立了車銑復(fù)合加工機(jī)床模型，通過VERICUT進(jìn)行虛擬機(jī)床的搭建，實(shí)現(xiàn)了滾刀的車銑復(fù)合加工仿真。通過仿真加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所設(shè)計的滾刀熱處理前車銑復(fù)合加工工藝的正確性與可行性，且有效提高了滾刀的加工效率，對滾刀車銑復(fù)合的實(shí)際加工生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。