鏈輪的數(shù)控加工方法探討

2013-12-23 04:02:14汶斌斌于振濤牛金龍劉少輝張亞峰劉春潮賀新杰

機(jī)械工程師 2013年11期

汶斌斌，于振濤，牛金龍，劉少輝，張亞峰，劉春潮，賀新杰

（西北有色金屬研究院，西安710016）

1 引言

鏈輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中重要的一種傳動(dòng)方式，它適合遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，其傳動(dòng)穩(wěn)定、可靠，在一些印刷設(shè)備、電工裝備中應(yīng)用非常廣泛，所以客戶對(duì)鏈輪的加工要求越來越嚴(yán)格。鏈輪齒形的加工是其中很關(guān)鍵的一步，利用Pro/E的CAD、CAM 加工鏈輪齒形精度高、快速、高效，是一種不錯(cuò)的加工探索。

2 利用Pro/E 對(duì)零件進(jìn)行三維建模

圖1 Pro/E 三維建模

三維模型建模的正確與簡(jiǎn)潔是保證能夠加工出合格產(chǎn)品的前提，因?yàn)樗鼤?huì)直接影響到成品的最終尺寸。因此在建模前一定要將客戶提出的特殊要求及客戶提供的產(chǎn)品圖認(rèn)真審閱并消化，將圖中要求的信息在三維造型中表現(xiàn)出來（見圖1）。

3 根據(jù)齒形最小曲率半徑確定刀具型號(hào)

刀具規(guī)格的選擇會(huì)直接影響加工效率、零件表面質(zhì)量及加工成本。刀具在選擇時(shí)應(yīng)盡量選擇刀桿直徑大一些的立銑刀，因?yàn)榈稐U直徑大的立銑刀剛性相對(duì)較好些，這樣在加工過程中可以提高進(jìn)給速度和吃刀量，而且也不容易讓刀，加工精度容易保證，刀桿直徑大時(shí)應(yīng)考慮在加工時(shí)是否會(huì)發(fā)生過切現(xiàn)象，要保證刀具能夠加工到最小凹處的曲面。

選擇刀具時(shí)要考慮刀具的材料以及刀體的結(jié)構(gòu)，目前比較流行使用的是可換刀片式的機(jī)夾刀桿及硬質(zhì)合金刀片，可換式硬質(zhì)合金機(jī)夾刀片在切削鋼件時(shí)進(jìn)給速度可達(dá)800mm/min。根據(jù)圖樣提供的技術(shù)參數(shù)，適當(dāng)選擇合適刀具進(jìn)行加工。在Pro/E 中加工環(huán)境下設(shè)定具體刀具參數(shù)如圖2 所示。

圖2 選擇加工刀具

4 根據(jù)三維建模建立機(jī)床坐標(biāo)系

創(chuàng)建加工坐標(biāo)系，有時(shí)根據(jù)需要，建模坐標(biāo)系和加工坐標(biāo)系可以統(tǒng)一，有時(shí)又要重新建立新坐標(biāo)系，創(chuàng)建加工坐標(biāo)系要考慮在加工中心上如何定位、考慮裝卡位置，行程是否超程，同時(shí)還要考慮操作人員便于對(duì)刀。以此為依據(jù)建立加工坐標(biāo)系，就具體零件以內(nèi)孔為圓心建立坐標(biāo)系為最好，通常是以鏈輪內(nèi)孔圓心為X 軸、Y 軸零點(diǎn)，以被加工最高面為Z 軸零點(diǎn)，這樣不僅能夠避免超出加工中心各軸的行程，而且只需利用頂尖對(duì)準(zhǔn)心軸頂尖孔就可以對(duì) 準(zhǔn)X 軸、Y軸，能夠達(dá)到既準(zhǔn)確又方便的效果，在Pro/E 的加工環(huán)境下設(shè)定機(jī)床坐標(biāo)點(diǎn)如圖3 所示。

圖3 建立加工坐標(biāo)系

5 確定銑削方式并選取待加工的表面

Pro/E 軟件提供了多種加工方式，其中輪廓銑削方式就是其中之一，可以用于加工垂直面，也可以用于斜表面的加工，所以選擇加工表面必須能夠形成連續(xù)的刀具路徑，刀具以等高分層銑削的方式沿工件分層加工，基于加工簡(jiǎn)單規(guī)則形狀的曲面，經(jīng)過分析，鏈輪的齒形是由復(fù)雜的漸開線形成，因此采用輪廓銑削方式。

值得注意的是，在選取待加工表面后，一定要對(duì)所選面進(jìn)行校對(duì)，以防止多選或漏選曲面，無論多選或漏選曲面都會(huì)影響成品的最終加工尺寸，嚴(yán)重的情況可能會(huì)導(dǎo)致撞刀現(xiàn)象的發(fā)生，因此要切記選取被加工表面準(zhǔn)確無誤，以避免不必要的麻煩發(fā)生。

圖4 加工曲面的選擇

圖5 刀具路徑編輯

6 確定銑削參數(shù)

在Pro/E 中較復(fù)雜的曲面選擇方式一般為等高分層銑削的方式沿工件分層加工，使用此方式能夠在加工過程中減少空行程，在確定每次切削方式時(shí)應(yīng)充分考慮被加工零件材料的硬度，我們加工零件的材料為20CrMnTi，機(jī)床轉(zhuǎn)速為1500r/min，進(jìn)給速度為1000mm/min，加工深度0.5mm，能滿足加工要求。

機(jī)床進(jìn)給參數(shù)的選擇還應(yīng)考慮使用刀具的規(guī)格、材料以及機(jī)床規(guī)格等，只有合理的設(shè)置機(jī)床進(jìn)給參數(shù)才能在滿足加工要求的前提下提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。還要根據(jù)工件要求的表面粗糙度確定工件是否進(jìn)行二次精加工，一般粗加工后的表面粗糙度值能夠達(dá)Ra6.3，如果工件表面質(zhì)量要求高，那么應(yīng)考慮進(jìn)行二次精加工，一般粗加工給精加工留余量0.5～0.7mm，在精加工的時(shí)候應(yīng)適當(dāng)提高機(jī)床轉(zhuǎn)速（2000r/min），同時(shí)降低進(jìn)給速度（700～800mm/min），表面粗糙度值可達(dá)Ra3.2，設(shè)定銑削參數(shù)如圖6 所示。

圖6 銑削參數(shù)的設(shè)定

圖7 精加工路徑

7 加工模擬仿真及后置處理

自動(dòng)編程，復(fù)雜曲面就可自動(dòng)生成加工程序，利用自動(dòng)編程可以在線的方式實(shí)現(xiàn)超大程序的加工。

加工模擬仿真能夠檢驗(yàn)刀具是否理想，同時(shí)可檢驗(yàn)是否發(fā)生過切現(xiàn)象，通過調(diào)整各個(gè)參數(shù)使刀具路徑簡(jiǎn)捷快速，減少空行程，如果發(fā)現(xiàn)存在過切現(xiàn)象應(yīng)該及時(shí)修改，使刀具在變更路徑時(shí)完全脫離工件，避免撞刀現(xiàn)象的發(fā)生。

選用和機(jī)床相對(duì)應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)的后置處理來生成相應(yīng)的加工程序，在Pro/E 軟件中只需要選擇與之相應(yīng)的后置處理即可生成所需程序。

后處理是將優(yōu)化后的走刀路徑自動(dòng)生成機(jī)床系統(tǒng)識(shí)別的G 代碼，通過機(jī)床系統(tǒng)控制走刀路徑及各個(gè)動(dòng)作（后處理操作見圖8），將處理的程序利用CF 卡或U 盤導(dǎo)入數(shù)控系統(tǒng)中，并運(yùn)行試切工件（見圖9），加工完成后效果圖如圖10 所示。

圖8 加工仿真

圖9 毛坯加工

8 結(jié) 語

利用數(shù)銑加工中心銑削鏈輪外齒形是一種新的嘗試，通過Pro/E 的CAD/CAM 數(shù)控加工鏈輪，提高了鏈輪的表面加工質(zhì)量和效率。成品率大幅提高，鏈輪齒形部分的加工尤其令人滿意，過渡光滑自然。使得傳動(dòng)穩(wěn)定可靠，零件的整體質(zhì)量得到提高，均能達(dá)到設(shè)計(jì)加工要求，故此種加工方法值得推廣。