發(fā)布時(shí)間：2021-03-19所屬分類(lèi)：工程師職稱(chēng)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:介紹了項(xiàng)目初期專(zhuān)用五軸加工設(shè)備尚未到位之前,在現(xiàn)有產(chǎn)品加工設(shè)備DMC-912三軸加工中心上加工齒模的工藝攻關(guān)過(guò)程。分析了從工藝設(shè)計(jì)模擬、程序參數(shù)、刀具選用、現(xiàn)場(chǎng)控制等生產(chǎn)加工全過(guò)程。結(jié)果表明:鋼齒環(huán)精密成形實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)能力,減少采購(gòu)成本。 關(guān)鍵
摘要:介紹了項(xiàng)目初期專(zhuān)用五軸加工設(shè)備尚未到位之前,在現(xiàn)有產(chǎn)品加工設(shè)備DMC-912三軸加工中心上加工齒模的工藝攻關(guān)過(guò)程。分析了從工藝設(shè)計(jì)模擬、程序參數(shù)、刀具選用、現(xiàn)場(chǎng)控制等生產(chǎn)加工全過(guò)程。結(jié)果表明:鋼齒環(huán)精密成形實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)能力,減少采購(gòu)成本。
關(guān)鍵詞:同步器鋼齒環(huán);高轉(zhuǎn)速;高精度;高硬度;極小圓角
0引言
同步器鋼齒環(huán)精密成形是公司首次進(jìn)行的齒部精密鍛造工藝[1],其從工藝設(shè)計(jì)[2],到模具加工、現(xiàn)場(chǎng)控制等全過(guò)程均與現(xiàn)有鍛造工藝差異甚大。尤其在模具加工方面,項(xiàng)目初期五軸高速加工設(shè)備尚未到貨,外購(gòu)模具價(jià)格昂貴且供貨周期較長(zhǎng),因此如何實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有三軸加工中心上的鋼齒環(huán)模具自制,最終實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)成為重中之重。
1三軸加工中心上鋼齒環(huán)模具加工工藝攻關(guān)
鋼齒環(huán)模具[3]有幾個(gè)顯著特點(diǎn):高硬度(洛氏HRC56~60)、深型腔加工(刀具長(zhǎng)徑比最大16,深度12~14mm)、極小圓角(≤R0.25mm),導(dǎo)致加工難度增加,如圖1所示。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備為臺(tái)灣喬福DMC-912三軸加工中心,主軸轉(zhuǎn)速12000r/min。
圖2是當(dāng)時(shí)攻關(guān)完成前后齒部、鍵槽部位圖片對(duì)比。由圖可看出,主要問(wèn)題如下:(1)各重要圓角部位未達(dá)到圖紙要求;(2)齒形齒向基本沒(méi)有加工出來(lái);(3)加工表面接刀紋明顯、表面粗糙度未達(dá)到圖紙要求。
針對(duì)上述存在問(wèn)題,采用逐一排除法,對(duì)未達(dá)到圖紙要求的所有因素分別調(diào)整和試驗(yàn)。
2.1刀具的選擇
對(duì)長(zhǎng)徑比為16(無(wú)法實(shí)現(xiàn)擺軸的三軸加工中心)、直徑ϕ1mm以下的刀具來(lái)說(shuō),最基本的加工要求是過(guò)程中刀具要耐磨、不能斷刀。經(jīng)用日立、山特、黛杰、山高等多個(gè)刀具廠家試驗(yàn)對(duì)比。最終確定使用日立小徑球頭立銑刀(由于日立刀具具有高耐磨性、較高的韌性、性?xún)r(jià)比最高等因素,符合該模具加工刀具要求)。
2.2切削用量的選擇
車(chē)間內(nèi)熱后大部分模具的加工一般切深0.2mm以上,現(xiàn)在選擇使用小徑立銑刀,通過(guò)反復(fù)的切削參數(shù)調(diào)整試驗(yàn),最終確定了適合的切削用量,例如ϕ1R0.5L12-L16的球頭立銑刀,切寬切深在0.025mm左右,該工具性?xún)r(jià)比高,并且可保證模具的加工質(zhì)量。
2.3主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整由于車(chē)間喬福DMC-912三軸加工中心最高轉(zhuǎn)速只有12000r/min,但該模具高速銑削要求的最低轉(zhuǎn)速在20000r/min以上,因此考慮實(shí)驗(yàn)初期加工不出齒形的原因,可能是由于主軸轉(zhuǎn)速不夠造成的,于是在主軸上加裝高速頭,使最高轉(zhuǎn)速達(dá)到36000r/min。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)加工,發(fā)現(xiàn)僅僅提高轉(zhuǎn)速也不能加工出齒形。
2.4加工策略的選擇
控制系統(tǒng)采用FANUC-18IMB數(shù)控系統(tǒng),刀具在拐角沒(méi)有高速的處理插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)能力,拐角快速轉(zhuǎn)彎,使模具幾何形狀達(dá)不到技術(shù)要求,通過(guò)實(shí)驗(yàn)增加高速預(yù)讀代碼G05.1Q1和G05.1Q0來(lái)增加多程序段處理進(jìn)行插補(bǔ)前的直線(xiàn)加減速,由于多程序段的預(yù)先加減速,加工中能加速平滑,實(shí)現(xiàn)高速加工。該策略選擇對(duì)加工效率、加工質(zhì)量起了很大作用。
2.5編程軟件的選擇
編程軟件是復(fù)雜高速銑削加工的指揮棒,現(xiàn)在主流編程軟件Pro/E、UG、Powermill、Hypermill等逐一試用,在軟件公司技術(shù)人員的幫助下掌握了高速加工的理念和方法。由于UG中CAM模塊Z_LEVLE(等高精加工)加工策略進(jìn)行陡峭面加工,8°斜面采用CAM模塊FIXED_CONTOUR(固定軸輪廓)加工平緩面。圖3是編程軟件生成的清根刀路。通過(guò)比對(duì),并考慮UG軟件仿真功能、編程系統(tǒng)全面和積極的售后服務(wù),最終選擇了UG軟件來(lái)進(jìn)行模具編程及后處理。
2.6余量調(diào)整及加工順序
精鍛模具加工順序一般為熱前粗車(chē)、熱后精車(chē)粗精銑,精銑時(shí)需要用到多把刀具:Φ10mmR1mm刀開(kāi)粗—Φ6mmR1mm刀粗銑—Φ3mmR1.5mm球刀半粗銑—Φ2mmR1mm球刀半精銑—Φ1.5mmR0.75mm球刀半精銑—Φ1mmR0.5mm球刀精銑—Φ0.8mmR0.4mm球刀清根。加工過(guò)程中各刀具留量、加工區(qū)域的選擇、接刀效果以及清根效果是加工過(guò)程中的一個(gè)重要課題。通過(guò)分析比對(duì),最終確定了合理的加工順序和加工余量。
2.7冷卻條件的選擇
由于模具洛氏硬度在HRC56~60、刀具長(zhǎng)徑比偏大,當(dāng)轉(zhuǎn)速在12000r/min以上時(shí)刀具和模具間產(chǎn)生大量熱量,造成加工讓刀現(xiàn)象,其中最大讓刀量為0.2mm。后續(xù)試驗(yàn)了切削液冷卻、油霧冷卻、氣冷等3種冷卻方式。油霧冷卻和氣冷使用后模具加工尺寸穩(wěn)定,最終選擇油霧冷卻和氣冷結(jié)合方式。
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3試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)述
圖4為一個(gè)齒一種或多種實(shí)驗(yàn)方案。
由圖4可以看出:第1—5齒,攻關(guān)之前的加工方法,高速頭22700r/min或不用高速頭,齒形均未出。
第6—8齒,取消高速頭,主軸轉(zhuǎn)速9600r/min,進(jìn)給460mm,冷卻液開(kāi)或不開(kāi)對(duì)齒形有影響,說(shuō)明切削產(chǎn)生的熱量很大,齒形基本出。
第9—10齒,使用高速頭加工,22700r/min,調(diào)整不同進(jìn)給速度,齒形未出,說(shuō)明僅僅提高轉(zhuǎn)速并不會(huì)改善加工效果,反而加速刀具磨損。試用了KENDU的球刀,但讓刀非常嚴(yán)重。
第11—13齒,將基礎(chǔ)模型的齒部圓角由R0.5mm改為R0.55mm,改善滿(mǎn)刀加工改刀具帶來(lái)的巨大負(fù)擔(dān),并實(shí)驗(yàn)不同進(jìn)給量,齒形很好。
第14—27齒,加工齒側(cè)、110°夾角面,實(shí)驗(yàn)不同留量、不同加工策略、不同的加工區(qū)域選擇方法對(duì)加工效果的影響,改進(jìn)加工方式提高加工效率,實(shí)驗(yàn)不同刀具、參數(shù)加工效率降低刀具成本。
第28—31齒,精細(xì)控制各轉(zhuǎn)接處接刀,選擇合適的接刀位置。
第32—41齒,程序連續(xù)性實(shí)驗(yàn),根據(jù)之前的實(shí)驗(yàn)效果,連續(xù)加工10齒,不用高速頭,主軸轉(zhuǎn)速9600r/min,進(jìn)給200~340mm,切深切寬0.02~0.03mm,M刀路清根,加工效果良好,刀具磨損少。
第18齒試用了Φ0.5mmR0.25mmL6mm的球刀,但是由于刀具直徑太小,設(shè)備、冷卻等均無(wú)法滿(mǎn)足極小刀具加工要求,因此并不成功。
加工過(guò)程中采用油霧冷卻和氣冷結(jié)合方式,試驗(yàn)后表明,長(zhǎng)徑比大的刀具加工排熱是非常關(guān)鍵的,沒(méi)有及時(shí)排熱將嚴(yán)重影響模具質(zhì)量、刀具使用壽命。
實(shí)驗(yàn)采用逐齒加工,測(cè)齒部跨棒距波動(dòng)較大,說(shuō)明刀具磨損較大。解決這個(gè)問(wèn)題有兩種方法:(1)再反向走一遍程序;(2)逐層加工。由于后者耗時(shí)太長(zhǎng),因此采用了前一個(gè)辦法。
由于刀具太小,肉眼無(wú)法看出刀具磨損情況,當(dāng)時(shí)對(duì)刀儀也沒(méi)到貨,因此采用了40倍和100倍的放大鏡來(lái)觀察,很清楚地就能看到刀具刃口情況。
4工藝路線(xiàn)定型及試驗(yàn)結(jié)果
加工中心鋼齒環(huán)齒部工藝路線(xiàn):開(kāi)粗—二粗—三粗—一精—二精(清根)—三精,具體參數(shù)見(jiàn)表1。
通過(guò)多輪試驗(yàn)最終加工出符合圖紙要求的尺寸,具體加工尺寸見(jiàn)表2。
5結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,高速加工是一個(gè)要求適用于高速加工的加工中心、高性能刀具夾持系統(tǒng)、高速切削刀具、優(yōu)秀的UG軟件等的系統(tǒng)工程。而喬福DMC-912是一臺(tái)普通的三軸加工設(shè)備,通過(guò)多輪工藝試驗(yàn),利用現(xiàn)有設(shè)備發(fā)揮出機(jī)床最大價(jià)值,攻克了工藝難點(diǎn)。
工藝定型后每月生產(chǎn)鋼齒環(huán)齒模15件,模具壽命達(dá)4000~6000模次,每月可產(chǎn)鋼齒環(huán)60000件,基本滿(mǎn)足需求。該零件的模具外購(gòu)3萬(wàn)/件,現(xiàn)通過(guò)車(chē)間批量生產(chǎn)自制后,每件模具可產(chǎn)2萬(wàn)/件鋼齒環(huán),每年可節(jié)約資本150萬(wàn)元。——論文作者：劉科
