利用宏程序和成形銑刀加工方形弧面保持架兜孔

褚劍陽，王永峰

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

1 保持架結構及特點

一種青銅材料圓柱滾子軸承保持架結構如圖1所示，兜孔結構如圖2所示。兜孔等分數為16，兜孔四角處為圓弧凹槽；梁兩內側壁的表面為圓弧面與斜面相連接，兩圓弧面互相配合構成一個包圍滾子并限制滾子滑出的窗孔[1]，形成自鎖結構，兩斜面呈10°夾角，控制保持架兜孔的鎖量。該結構保持架方便軸承的裝配，有利于保持架的儲油，提高了保持架梁的強度，有利于減小軸承的摩擦和振動。

圖1 保持架結構示意圖Fig.1 Structure diagram of cage

圖2 保持架兜孔輪廓示意圖Fig.2 Profile diagram of cage pocket

實體保持架方形兜孔的加工常采用銑削、拉削、線切割等方法。對于兜孔四角帶有凹槽方形兜孔可采用先鉆后銑的方式加工輪廓，即用φ3.6 mm的麻花鉆鉆出窗孔四角，再采用φ22 mm的高速鋼鉆頭鉆出中心孔，最后用φ4mm的合金銑刀銑出剩余部分。兜孔梁側壁上的弧面部分長33 mm，兜孔長46.3 mm，16個兜孔圓周均布。要求兜孔底高變動量Vhc≤0.15 mm；單個兜孔底高變動量Vhcs≤0.04 mm；梁寬變動量Vbc≤0.10 mm；兜孔中心圓直徑變動量VDcp≤0.12 mm[2]。保持架兜孔弧面部分采用傳統通用型銑刀無法加工，需要采用成形銑刀銑削加工。

2 利用宏程序加工兜孔輪廓

與自動編程相比，宏程序可以完成圖形一樣、尺寸不同的系列零件加工，更智能、簡潔。當產品結構一致，僅尺寸不同時，改動個別參數即可完成產品的程序編制，從而縮短程序準備時間。基于FANUC Series 0i-MD系統的保持架兜孔加工程序如下：

O0222

N005 #501=11.52

(兜孔寬度的一半)

N010 #502=23.20

(兜孔長度的一半)

N015 #503=2

(刀具半徑)

N020 #504=0

(變量賦值)

N025 M11G 91 G00 C[360/26]

(C軸順時針旋轉)

N030 M03 S3000

(主軸正轉)

N035 G90 G01 X-5 Z0 F2000

(快速到進刀點)

N040 WHILE [#504 LE13.5] DO1

(當進刀深度≤13.5 mm時，執行循環1)

N045 WHILE [#504 LT10] DO2

(當進刀深度<10 mm時，執行循環2)

N050 #504=#504+0.5

(每次進刀量0.5 mm)

N055 G65 P333

(調用0333號子程序)

N060 END2

N065 #504=#504+0.35

(每次進刀量0.35 mm)

N070 G65 P333

(調用0333號子程序)

N075 END1

N080 G01 Z20 F2000

(抬刀至安全高度)

N085 M99

O0333

N005 G01 Z[-#504] F1500

(開始進刀)

N010 G10 L12 P01 R[#503]

(使用G10建立刀具半徑補償)

N015 G01 G42 X0 D01

(建右刀補)

N020 G02 X[#501] Y0 R[#501/2] F1000

(圓弧進刀至輪廓起點)

(直線進刀至輪廓終點)

N085 G02 X0 Y0 R[#501/2]

(圓弧退刀)

N090M99

由實踐經驗可知，當銑削深度ap>10 mm，進刀量f>0.35 mm時，銑削容易發生粘刀現象，既影響刀具使用壽命，也會影響工序間兜孔表面質量。使用宏程序加工兜孔輪廓，可設置當銑削深度ap≤10 mm時每次進刀量為0.5 mm;當銑削深度10 mm

編制的程序使用了主子程序，程序中選用全局變量。使用宏程序調用指令G65調用16次O0222程序，即完成保持架16個兜孔輪廓的加工，每加工完一件產品需將機床C軸旋轉至0位。

3 兜孔弧面部分的加工

傳統實體保持架兜孔的加工采用手動磨制成形鉆頭，已無法滿足保持架兜孔圓弧面的加工要求。采用多軸聯動的數控工具磨床磨制成形銑刀，可以滿足產品加工對刀具高精度、復雜刃形的要求。

3.1 成形銑刀的磨制

工具磨床使用的砂輪按形狀分類有：平行砂輪、斜邊砂輪、碗形砂輪、碟形砂輪等。由圖1可知，保持架兜孔圓弧面與斜面的連接中存在凸出的部分，故在成形銑刀的刃形中會存在凹陷的部分，所以砂輪形狀選擇碟形砂輪，以防止磨削中砂輪與被磨削刀具之間的干涉，砂輪結構如圖3所示。

圖3 砂輪結構Fig.3 Structure of grinding wheel

為獲得良好的刀具使用壽命，選擇矩形YS8硬質合金刀片焊接在40Cr結構鋼刀體上，刀片與刀體采用高頻焊接，然后將焊接好的刀具在數控工具磨床上用金剛石碟形砂輪磨削成形，成形銑刀結構如圖4所示。

圖4 成形銑刀Fig.4 Formed milling cutter

基于西門子802D四軸控制系統刀具精修的程序為：

G17G56G90

(選擇切削平面)

M04S2000

(主軸反轉)

M08

(開啟切削液)

G0A-7

(A軸逆時針旋轉7°)

G1X1Y0F20

(進刀)

G1X-1.86Y0F10

(修整直線部分)

G1X-5.29Y-0.30F10

(修整斜線部分)

G3X-14.49Y-1.75CR=13.2F10

(修整圓弧部分)

G0 Y1

(退刀)

…

加工刀具毛坯時，以B點為對刀原點，將機床A軸逆時針旋轉7°～10°，同時主軸反轉，保證切削刃的刃磨方向與砂輪的旋轉方向一致，磨削完一面刀刃后，將A軸逆時針旋轉180°，磨削另一面刀刃，如圖5所示。實際加工中根據需磨削的余量調整Y軸坐標。成形刀具尺寸需嚴格按照產品設計尺寸加工，以保證后續產品加工中進刀位置的準確，保證產品的孔形尺寸。

圖5 成形銑刀的修磨Fig.5 Grinding of formed milling cutter

3.2 兜孔弧面部分的加工

成形銑刀加工完成后，使用五軸加工中心加工保持架兜孔弧面部分。將機床A軸旋轉90°(圖6)，Y軸行程需大于33.1 mm小于46 mm。在機床數控系統的程序編輯模式中調用16次子程序，完成16個保持架兜孔的加工。主軸轉速為500～550 r/min，進給速度為5～7 mm/min，以獲得良好的兜孔表面質量。

圖6 兜孔的銑削加工Fig.6 Milling of pocket

由于自制焊接合金成形銑刀為2刃銑刀，對于需提高加工效率的批量化產品，可定制2刃以上的成形合金銑刀。

4 加工效果

經檢測，加工后的保持架兜孔孔形與孔形樣板吻合，兜孔尺寸、表面質量滿足設計要求，裝配后保持架回轉良好。保持架加工精度檢測數據見表1。

表1 保持架精度與工藝要求的對比Tab.1 Comparison of cage precision and process requirements μm

5 結束語

利用宏程序對保持架兜孔進行數控編程加工，更簡潔、高效，是一種比較好的編程方法，可以向其他類似方面推廣。成形銑刀的磨制對自制異形兜孔用銑刀積累了實踐經驗。