引言

從航空航天超級(jí)工程到醫(yī)療器械等精密制造領(lǐng)域,都需要使用先進(jìn)的多軸加工技術(shù),它是一項(xiàng)集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一體的先進(jìn)制造技術(shù),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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲取顯著優(yōu)勢(shì)。

在我校與某公司的合作生產(chǎn)項(xiàng)目中,需要加工一批卷煙機(jī)滾輪,圖1為卷煙機(jī)滾輪的立體圖,圖2為卷煙機(jī)滾輪實(shí)物圖。該零件加工采用的材料為進(jìn)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(shí)1個(gè)月,屬定期小批量生產(chǎn)。

圖1卷煙機(jī)滾輪立體圖

圖2卷煙機(jī)滾輪成品

1卷煙機(jī)滾輪加工工藝要求

從結(jié)構(gòu)上來看,卷煙機(jī)滾輪是典型的車銑復(fù)合零件,主要加工位置為徑向側(cè)面。由于其為卷煙機(jī)設(shè)備的傳動(dòng)核心部件,工作轉(zhuǎn)速高,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)需要保持平衡,因此對(duì)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(duì)應(yīng)的兩個(gè)側(cè)面對(duì)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(gè)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(shí)各對(duì)應(yīng)的平面具有較高的平面度要求,表面精度要求達(dá)到Ra1.6。

圖3卷煙機(jī)滾輪徑向側(cè)面的尺寸精度

2卷煙機(jī)滾輪的加工工藝方案

經(jīng)分析,該零件的加工難點(diǎn)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(yīng)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(jìn)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(jī)滾輪的整體精度,在加工時(shí)應(yīng)盡量減少裝夾次數(shù),同時(shí)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(zhǔn)確性要求,還要在實(shí)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(jī)滾輪加工工藝要求,對(duì)零件進(jìn)行以下加工工序安排:在數(shù)控車床(普通車床)進(jìn)行管棒料到毛坯的粗加工,然后考慮在學(xué)校的五軸加工中心進(jìn)行半精加工和精加工,利用其效率高、精度高的特點(diǎn),工件一次裝夾就可完成多個(gè)側(cè)面的加工,從而達(dá)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(jī)滾輪小175.85mm、小200mm的臺(tái)階孔和小240mm的內(nèi)孔、小275mm的外圓以及兩個(gè)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(jī)床上粗精加工12個(gè)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(jī)床上精加工上端面內(nèi)槽孔和凸緣。

工序4:在五軸機(jī)床上鉆削上端面的孔系。

工序5:在五軸機(jī)床上加工徑向側(cè)面的小槽并進(jìn)行倒角,如圖6所示。

工序6:在五軸機(jī)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(jī)滾輪加工專用夾具的設(shè)計(jì)

本專用夾具在五軸加工機(jī)床的工序中使用,用于加工卷煙機(jī)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(shè)計(jì)時(shí)以卷煙機(jī)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(gè)自由度(、、x、y),以3個(gè)小5mm工藝孔來定位限制工件的:轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,再在夾具上表面設(shè)計(jì)一個(gè)M10螺紋孔,用螺釘擰緊后限制工件的移動(dòng)自由度。夾具的尺寸設(shè)計(jì)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(jī)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(jí)為19,經(jīng)查手冊(cè),夾具上小153.5mm的圓柱尺寸公差等級(jí)應(yīng)選為D9,極限偏差為

夾具配合圓臺(tái)高度可緊貼工件小153.5mm槽頂面,卷煙機(jī)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(jī)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(jī)滾輪采用的五軸機(jī)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(shè)計(jì)為250mm。

4卷煙機(jī)滾輪五軸機(jī)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(jìn)給率設(shè)置為800mm/m+n,主軸轉(zhuǎn)速為3000r/m+n。切削走刀方式設(shè)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(jìn)給率設(shè)置為800mm/m+n,主軸轉(zhuǎn)速為3000r/m+n。切削走刀方式設(shè)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(jìn)給率設(shè)置為48800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為2D88r/0mn。切削走刀方式設(shè)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(jìn)給率設(shè)置為D8800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為3888r/0mn。切削走刀方式設(shè)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(jìn)給率設(shè)置為D8800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為3888r/0mn。切削走刀方式設(shè)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(jìn)給率設(shè)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(jìn)給率設(shè)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(jìn)給率設(shè)置為358800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為DD88r/0mn。切削走刀方式設(shè)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(jìn)給率設(shè)置為1D8800/0mn,主軸轉(zhuǎn)速為9588r/0mn。切削走刀方式設(shè)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(jié)語

本文通過對(duì)卷煙機(jī)滾輪實(shí)際生產(chǎn)的多軸加工方法及工藝進(jìn)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(gè)方向的加工,并能實(shí)現(xiàn)較高的表面光潔度和尺寸精度,特別是當(dāng)徑向側(cè)面具有較高的尺寸和位置精度要求時(shí),可以通過一次裝夾、對(duì)稱加工的方式滿足加工工藝要求。另外通過UGNx軟件實(shí)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(shí)現(xiàn)沿某一旋轉(zhuǎn)軸線的相同輪廓刀路編制,簡(jiǎn)化編程操作。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證,本加工工藝可以有效提高零件的生產(chǎn)效率和精度。