引言

從航空航天超級工程到醫(yī)療器械等精密制造領域,都需要使用先進的多軸加工技術,它是一項集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一體的先進制造技術,能起到提高產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度降低成本、縮短生產(chǎn)周期的作用,使產(chǎn)品在市場競爭中獲取顯著優(yōu)勢。

在我校與某公司的合作生產(chǎn)項目中,需要加工一批卷煙機滾輪,圖1為卷煙機滾輪的立體圖,圖2為卷煙機滾輪實物圖。該零件加工采用的材料為進口7075鋁合金,坯料為小300mm×210mm的圓鋁管棒,生產(chǎn)總量為100件,工時1個月,屬定期小批量生產(chǎn)。

圖1卷煙機滾輪立體圖

圖2卷煙機滾輪成品

1卷煙機滾輪加工工藝要求

從結構上來看,卷煙機滾輪是典型的車銑復合零件,主要加工位置為徑向側(cè)面。由于其為卷煙機設備的傳動核心部件,工作轉(zhuǎn)速高,旋轉(zhuǎn)運動時需要保持平衡,因此對零件本身的精度和質(zhì)量有一定的要求,其中徑向側(cè)面的加工質(zhì)量將直接影響其工作性能,特別是其相對應的兩個側(cè)面對位置精度有要求。

經(jīng)分析,本零件大部分的尺寸精度不是特別高,只有12個側(cè)面與中心的距離有132.815EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(0.02mm的尺寸公差要求,如圖3所示,同時各對應的平面具有較高的平面度要求,表面精度要求達到Ra1.6。

圖3卷煙機滾輪徑向側(cè)面的尺寸精度

2卷煙機滾輪的加工工藝方案

經(jīng)分析,該零件的加工難點是各徑向側(cè)面的加工,并且該零件具有較多的孔系加工,相應的直徑深度也有一定的尺寸精度和位置精度要求。若使用普通加工中心進行加工,多次裝夾不但增加工裝難度,又不能保證加工的定位精度,因此為了保證卷煙機滾輪的整體精度,在加工時應盡量減少裝夾次數(shù),同時在加工過程中不僅要保證各表面的加工軌跡能夠滿足幾何準確性要求,還要在實際加工中注意軌跡規(guī)劃,以保證加工質(zhì)量。

根據(jù)卷煙機滾輪加工工藝要求,對零件進行以下加工工序安排:在數(shù)控車床(普通車床)進行管棒料到毛坯的粗加工,然后考慮在學校的五軸加工中心進行半精加工和精加工,利用其效率高、精度高的特點,工件一次裝夾就可完成多個側(cè)面的加工,從而達到較高的尺寸精度和位置精度。具體工藝方案如下:

工序1:在數(shù)控車床上加工卷煙機滾輪小175.85mm、小200mm的臺階孔和小240mm的內(nèi)孔、小275mm的外圓以及兩個端面,如圖4所示。

圖4工序1的立體圖和剖視圖

工序2:在五軸機床上粗精加工12個側(cè)面和小側(cè)面、側(cè)面上的孔加工成小12mm通孔,如圖5所示。

工序3:在五軸機床上精加工上端面內(nèi)槽孔和凸緣。

工序4:在五軸機床上鉆削上端面的孔系。

工序5:在五軸機床上加工徑向側(cè)面的小槽并進行倒角,如圖6所示。

工序6:在五軸機床上加工上端面的開口槽,如圖7所示。

圖5工序2加工示意圖

圖6工序5加工示意圖

圖7工序6加工示意圖

3卷煙機滾輪加工專用夾具的設計

本專用夾具在五軸加工機床的工序中使用,用于加工卷煙機滾輪,圖8為專用夾具的模型圖,圖9為該工序零件的裝夾。

圖8專用夾具模型圖

圖9零件的裝夾示意圖

(((設計時以卷煙機滾輪的小153.5mm內(nèi)孔軸線和底面為定位面,限制工件的4個自由度(、、x、y),以3個小5mm工藝孔來定位限制工件的:轉(zhuǎn)動自由度,再在夾具上表面設計一個M10螺紋孔,用螺釘擰緊后限制工件的移動自由度。夾具的尺寸設計主要考慮小153.5mm圓柱的精度和高度、定位銷柱以及夾具總高度尺寸。

卷煙機滾輪放在本夾具上,小153.5mm內(nèi)槽與夾具中上的圓柱需要間隙配合,已知工件內(nèi)槽圓極限偏差為尺寸公差等級為19,經(jīng)查手冊,夾具上小153.5mm的圓柱尺寸公差等級應選為D9,極限偏差為

夾具配合圓臺高度可緊貼工件小153.5mm槽頂面,卷煙機滾輪底面小153.5mm內(nèi)圓槽深為23mm,考慮到螺釘壓板安裝的緊固問題,圓柱高度要小于槽深,尺寸為22.5mm。

為防止加工中發(fā)生碰撞,夾具的高度主要考慮五軸機床主軸頭的最大半徑和夾具下端壓板螺栓的高度,夾具的高度要大于兩者之和。加工該卷煙機滾輪采用的五軸機床是哈挺hx-600五軸加工中心,主軸頭的最大半徑是125mm,因此將夾具的高度尺寸設計為250mm。

4卷煙機滾輪五軸機床主要加工刀路的編制

4.1上端面加工

平面銑削,刀軸為RZ軸方向,刀路如圖10所示。

4.1.1上端面半精加工

選擇直徑為180的直柄盤銑刀,進給率設置為800mm/m+n,主軸轉(zhuǎn)速為3000r/m+n。切削走刀方式設定為輪廓加工,選擇沿外形圓弧入刀,部件余量0.5mm。

4.1.2凸緣粗加工R半精加工

選擇直徑為180的直柄盤銑刀,進給率設置為800mm/m+n,主軸轉(zhuǎn)速為3000r/m+n。切削走刀方式設定為輪廓加工,選擇沿外形圓弧入刀,直接加工底面,部件余量0.5mm,底面余量2mm(半精加工為0mm)。

圖10上端面粗加工,凸緣半精加工

4.2徑向側(cè)面粗加工

平面輪廓銑,刀軸垂直于底面,刀路如圖11所示。

4.2.1大側(cè)面半精加工

選擇直徑為DD8的直柄盤銑刀,進給率設置為48800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為2D88r/0mn。切削走刀方式設定為輪廓加工,選擇沿外形線性入刀,僅底面加工,留部件余量8.500,底面余量8.500。

4.2.2小側(cè)面半粗加工

選擇直徑為DD8的直柄盤銑刀,進給率設置為D8800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為3888r/0mn。切削走刀方式設定為輪廓加工,選擇沿外形線性入刀,僅底面加工,部件余量和底面余量均為800。

4.2.3大側(cè)面精加工

選擇直徑為DD8的直柄盤銑刀,進給率設置為D8800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為3888r/0mn。切削走刀方式設定為輪廓加工,選擇沿外形線性入刀,僅底面加工,部件余量和底面余量均為800。

4.3徑向孔系粗加工

斷屑鉆,刀軸垂直于部件表面。

4.3.1徑向孔系中心孔加工

選擇直徑為D6的中心鉆,進給率設置為18800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為D888r/0mn。鉆削深度為300。

4.3.2徑向孔系鉆削加工

選擇直徑為DD的鉆頭,進給率設置為18800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為1588r/0mn。鉆削深度為模型深度,通孔距離300。4.4側(cè)面方槽加工

平面輪廓銑,刀軸垂直于底面,刀路如圖12所示。

4.4.1側(cè)面方槽半精加工

選擇直徑為D18的直柄立銑刀,進給率設置為358800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為DD88r/0mn。切削走刀方式設定為輪廓加工,從內(nèi)向外選擇沿形狀斜入刀,斜坡角29,分層加工,每層100,留部件余量8.100。

4.4.2側(cè)面方槽精加工

選擇直徑為D18的直柄立銑刀,進給率設置為1D8800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為9588r/0mn。切削走刀方式設定為輪廓加工,從內(nèi)向外選擇沿形狀圓弧入刀,僅底面加工,部件余量和底面余量均為800。

5結語

本文通過對卷煙機滾輪實際生產(chǎn)的多軸加工方法及工藝進行研究,證明了五軸數(shù)控加工方式效率高、精度高,工件一次裝夾就可完成多個方向的加工,并能實現(xiàn)較高的表面光潔度和尺寸精度,特別是當徑向側(cè)面具有較高的尺寸和位置精度要求時,可以通過一次裝夾、對稱加工的方式滿足加工工藝要求。另外通過UGNx軟件實現(xiàn)CAD/CAM一體化解決方案,并利用圓周陣列的方式,可方便實現(xiàn)沿某一旋轉(zhuǎn)軸線的相同輪廓刀路編制,簡化編程操作。經(jīng)實際生產(chǎn)驗證,本加工工藝可以有效提高零件的生產(chǎn)效率和精度。