在機械產品中,偏心套起著調節齒輪副中心距的作用,通過調整偏心套來調整齒輪副的傳動精度。偏心套加工的表面粗糙度、偏心的尺寸精度、偏心槽的尺寸精度直接影響到齒輪副的傳動精度,進而影響到傳動效果、齒輪的使用壽命及其傳遞的轉矩。因此,偏心套的加工質量、它的統一性、一致性直接影響到整個產品的使用性能。偏心套是薄壁件,易磨損互換性要求高。通過對偏心套的合理的工藝分析,選擇數控銑作為加工手段,利用數控銑床定位及重複定位精度高,利用合理的、簡單的加工程序,正確的走刀路徑,來確保偏心套的尺寸精確度及一致性。
1.偏心套的結構及工藝分析
偏心套待加工表面對稱中心與已加工表面的中心不重合,因此加工余量不均勻,最小加工余量為1.5mm,零件不能承受較大的扭矩及切削力,這為加工帶來了極大難度。因此,選用合理的加工方式及正確的工藝流程成為關鍵。
(1)加工方式的選擇從偏心套的毛坯圖來看是薄圓環件,而需加工表面在圓環的上表面及下表面,而且加工表面的形狀較為複雜都是圓弧連接,有凸台也有凹槽,而且在360°的圓周上均勻分佈。被加工表面的表面粗糙度值Ra=3.2μm,因此選用銑削的加工方式。
(2)裝夾方式的選擇
由於被加工表面位於零件的上表面及下表面,因此,只能採用二次裝夾的方式來加工。裝夾方式有三種:
①下壓式,即做帶螺紋的心軸,用中間孔作定位,然後加壓板用螺母備緊后加工。此種方式雖然限制了零件在X、Y、Z方向的移動,但由於心軸與工件內孔是間隙配合,僅靠壓板的下壓力來防止工件在X、Y平面內旋轉,因此,在加工過程中容易使工件發生轉動,從而造成廢品。壓板也要做成偏心狀,但由於位置不固定,加工中容易銑削到壓板。此種方式又需做心軸,生產周期長,加工成本增加。
②外夾式,採用車用的三爪自定心卡盤夾工件的外圓來加工。但工件的厚度太薄,僅有13mm,而用來裝夾的厚度也只有9mm,裝夾面積太小加工時容易發生轉動,在加工中刀具又極易碰到夾盤,而產生打刀現象。
③內頂式,採用車用的三爪自定心卡盤,但卡盤的三爪反裝,用工件內孔作定位,夾緊力向外。這種裝夾方式避免了由於裝夾面積小,切削力容易使工件發生轉動以及刀具碰夾具等問題,因此,在生產中採用內頂式裝夾方式進行加工。
(3)加工順序的選擇採用合理的加工順序可以有效地控制工件產生變形以及控制工件的尺寸精度。加工時應先去除多餘的加工余量。因此,在對工件進行加工時,應遵循「先粗后精」、「先形后孔」的原則,那麼,對偏心套的加工流程如下:裝夾工件→銑外圓→粗銑凸台→精銑凸台→鑽中心孔→鑽孔→劃線→重新裝夾→銑D2圓→粗銑5.5mm槽→精銑5.5mm槽。
2.數控加工
(1)加工原點的選擇及設定零點偏置
加工原點的選擇應遵循的原則是:在工件中易找到;有利於簡化編寫的程序;加工對稱圖形時,應儘可能的選用對稱圖形的對稱中心。根據這一原則偏心套的加工原點選在5.5mm寬槽的對稱中心。由於用的刀具較多,為了加工方便,因此設定多個零點偏置。
(2)數控加工的刀具的選擇
在數控加工時的刀具選擇上,很多人認為數控加工一定要選用數控刀具,塗層刀片等,其實也不盡然,也可以選擇高速鋼、硬質合金刀具等。雖然數控刀具的切削速度很高,有較高的加工效率,但這隻在大批量生產中優勢較為明顯,在小批量或單件生產中就顯得加工成本較高了。因此在選擇刀具的時候應根據現有生產周期、生產條件、零件的數量來選擇所用刀具。偏心套在生產中屬於件小、量少,只要求它的加工精度、形狀的一致性和各個零件間的互換性。偏心套的材料是45鋼,因此可選擇高速鋼材質的刀具。加工時銑削方式對刀具及工件表面粗糙度的影響很大。銑削方式有兩種:逆銑和順銑。銑刀的旋轉方向和工件的進給方向相反時稱為逆銑,相同時稱為順銑。逆銑時,切削厚度從零逐漸增大。銑刀刃口有一鈍圓半徑Rn,造成開始切削時前角為負值,刀齒在過渡表面上擠壓、滑行,使工件表面產生嚴重冷硬層,並加劇了刀齒磨損。此外,當瞬時接觸角大於一定數值后,fn向上,有抬起工件趨勢;順銑時,刀齒的切削厚度從最大開始,避免了擠壓、滑行現象,並且fn始終壓向工作台,有利於工件夾緊、可提高銑刀壽命。若在絲杠與螺母副中存在間隙情況下採用順銑,當進給力逐漸增大,超過工作台摩擦力時,使工作台帶動絲杠向左竄動,造成進給不均,嚴重時會使銑刀崩刃。逆銑時,由於進給力作用,使絲杠與螺母傳動面始終貼緊,故銑削過程較平穩、加工表面質量較高。加工時多採用逆銑。在選擇刀具的同時應同時計算或給出刀具的轉數及其進給。根據公式:
通常應根據具體加工條件選擇fz然後計算出vf,按vf調整機床。因此根據加工的流程和現有的生產現狀選擇刀具如下:
(3)數控加工程序的編製
偏心套的數控加工程序的難點和重點是加工3×M5的螺紋底孔及3個5.5mm長槽的程序編製。偏心套的數控加工程序是用手工編製的。手工編製程序的原則是:儘可能地簡化計算量,簡化程序的長度。偏心套由於工序長,形狀複雜,因此程序比較長。但根據這一原則,在編製過程中就運用到一些編程技巧,包括鑽孔循環、可編程旋轉、子程序、子程序調用,使程序簡單明了。
①刀具的補償
在加工由於形狀複雜及尺寸精度的要求時,必須用到刀具的半徑補償。在偏心套的加工中,由於採用逆銑M03,因此刀具半徑採用右補償G42。
②偏心套程序中的技巧
鑽孔循環、可編程旋轉、子程序、子程序調用。鑽孔循環:在偏心套的加工中有3個M5的螺紋待制孔,3個孔在同一圓周上,必須進行連續鑽孔,因此採用調用模態鑽孔循環MCALLCYCLE81(RTP,RFP,SDIS,DP,DPR)及孔位置HOLES2(0,0,39.5,0,120,3)。在調用模態鑽孔循環後用MCALL取消模態鑽孔循環。銑鑽中心孔N170～N270,然後鑽孔N280～N400。具體程序如下:
可編程旋轉、子程序、子程序調用:偏心套中有在360°圓周上均布的凸台和鍵槽需要加工,為了簡化計算量和簡化程序,因此在編製時用到旋轉、子程序。偏心套加工3個5.5mm寬的長槽的子程序具體程序如下:
加工3個5.5mm長槽的主程序用了子程序的調用、可編程旋轉。可編程旋轉:格式AROTRPLAROT是以當前有效設置或編程的零點為參考的附加旋轉;RPL在平面內旋轉:坐標系所旋轉的角度。具體編程如下:
③模擬
程序編製結束后,應對其正確性進行校驗。在機床及刀具不運動的情況下,在機床或計算機上描繪出刀具中心運動軌跡,描繪出的刀具中心運動軌跡與實際加工軌跡是否相同,此種校驗方式為模擬。模擬的方式有兩種,一種是在計算機上用專用軟體進行模擬;一種是將其輸入到機床,在機床上進行模擬。但這兩種模擬方式只能對刀具運動軌跡的正確性進行模擬,而不能對刀具與工件的干涉及碰撞進行模擬。對偏心套加工程序的模擬是在機床上進行的。
3.結語
綜上所述,在偏心套的加工過程中,通過其工藝分析及數控加工,保證了偏心套的尺寸精度及表面粗糙度。在編製數控程序中通過鑽孔循環、孔位置、子程序、可編程旋轉等技巧的運用大大簡化了加工程序,也為以後手工編製含有多個對稱的一致的圖形、多個一致孔的加工程序提供一個很好的實例,積累了經驗
