薄壁導(dǎo)條樣板中弧旋曲線輪廓加工工藝研究*

馬遠(yuǎn)佳，羅 彪，羅 佩

(1.廣東石油化工學(xué)院 電工電子實(shí)驗(yàn)中心，廣東 茂名 525000;2.江南工業(yè)集團(tuán)有限公司，湖南 湘潭 411207)

0 引言

某兵器工業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的薄壁導(dǎo)條量具樣板，以及生產(chǎn)線都是國(guó)外專(zhuān)家提供，設(shè)計(jì)圖紙都是集團(tuán)下發(fā)到各分廠試制。由于傳統(tǒng)的普通機(jī)床加工非圓曲線、弧旋曲線的加工方法，加工過(guò)程的計(jì)算和校正繁瑣，效率低下，且受機(jī)床，分度頭和裝夾精度等影響，較難保證所要求的加工精度。該產(chǎn)品弧旋導(dǎo)條安裝檢測(cè)量具是一個(gè)幾何形狀復(fù)雜，尺寸關(guān)聯(lián)要求較高的一種高精度檢測(cè)量具，制作難度較大，多次請(qǐng)兄弟單位協(xié)作攻關(guān)都未合格［1-4］。本人接受該項(xiàng)任務(wù)后，仔細(xì)進(jìn)行了研究分析，認(rèn)為弧旋導(dǎo)程面的加工是該量具的技術(shù)關(guān)鍵。該產(chǎn)品的檢驗(yàn)量具具體要求和產(chǎn)品零件圖1 如下:

①飛邊倒棱去毛刺允許R1。

②導(dǎo)程2995 ±2.5，螺旋工作面為右旋。

③淬火HRC58 -63°。

④非工作面法蘭。

⑤旋線導(dǎo)程面光潔度達(dá)到▽10，基面為▽0.8。

圖1 導(dǎo)條安裝樣板零件圖

1 弧旋曲線的輪廓加工處理方法

1.1 材料改進(jìn)

根據(jù)前輩提供的資料和以上具體要求進(jìn)行分析，加工材料為T(mén)10A 碳素工具鋼，淬火HRC58 -63°，又是薄壁件，極易變形，不易機(jī)械加工，從而改碳素工具鋼為高級(jí)氮化鋼38CrMoAl。該材料耐磨性及疲勞強(qiáng)度好，并具有良好的耐熱性及腐蝕性，淬透性不高，用于制作高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度和相當(dāng)大的強(qiáng)度、處理后尺寸精度高的氮化零件。從而解決加工困難，又不影響使用效果，同時(shí)進(jìn)行熱處理工藝完善，防止變形。

1.2 銑床掛輪數(shù)配比

在普通萬(wàn)能銑床加工弧形導(dǎo)程2995 ±2.5 螺旋工作面為右旋的復(fù)雜零件中，必須解決阿基米德螺旋線的配比，按照齒輪掛輪速比計(jì)算原理掛輪的計(jì)算公式為［5］:式中:i為傳動(dòng)比;a1、b1、c1、d1為掛輪;Ts為銑床絲桿導(dǎo)程，取6mm;T為被銑削螺旋槽導(dǎo)程;d為工件外徑;β 為螺旋角。

這樣計(jì)算出來(lái)的導(dǎo)程比較特殊，根據(jù)通常分度頭的齒輪配比是25、30、35、40、50、60、70、80、90、100，要加工這種特殊的導(dǎo)程，需要特殊配置Z=20 兩個(gè)，一個(gè)過(guò)輪Z=125 才能解決這組掛輪。

1.3 銑削鉗的安裝與加工

把產(chǎn)品零件裝在x62w 銑床采用FW125 分度頭，用自改二類(lèi)心軸，校正好上母線、側(cè)母線、直線度，使心軸和外筒保證徑向跳動(dòng)在0.005，采用兩個(gè)φ8 孔，和內(nèi)M6 ×12 的螺釘，用內(nèi)角扳手板緊并用特殊墊川，并用M20 螺母和端面夾緊，完成裝夾工序。隨后采用粗、精銑的層次，把外形多余的毛坯余量銑掉，并再把整圓分成五等分加工，一個(gè)個(gè)剖開(kāi)，消除內(nèi)應(yīng)力，減少變形。如采用萬(wàn)能銑床加工，就要配比好掛輪系數(shù)。采用數(shù)控銑床加工，把零件輪廓曲線等分為若干段，段數(shù)越多輪廓曲線越精細(xì)。

1.4 排除螺旋面銑削的干涉現(xiàn)象

本項(xiàng)目的難點(diǎn)在于，阿基米等螺旋線與加工刀具軸線不共線，造成加工形成凹面或者凸面，不管用什么高精度機(jī)床來(lái)加工，都難以合格。從該檢測(cè)量具的螺旋槽的法向截面看，似采用直徑D等于槽B的合金立銑刀就可將螺旋槽正確的加工出來(lái)，其實(shí)不然。根據(jù)螺旋角β 的計(jì)算公式tgβ =πD/L可以推出:當(dāng)導(dǎo)程L已確定時(shí)，在不同直徑的圓柱面上，螺旋角是不相等的，直徑越大，螺旋角越大［6］。將工件的外圓柱表面和內(nèi)圓柱表面接近產(chǎn)品槽底的圓柱表面展開(kāi)，將他們沿刀具軸線疊合，可以發(fā)現(xiàn)，外圓柱表面上的螺旋線和立銑刀外圓在法向截面相切，而內(nèi)圓柱上的螺旋線的螺旋角小雨外圓螺旋線的螺旋角，不可能和銑刀外圓截面相切，銑刀必然會(huì)將外圓柱面一下的螺旋面多切去一些，使螺旋槽的法向截形發(fā)生內(nèi)凹變形。這種干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生是由螺旋面本身不同直徑上螺旋角差值引起的，所以要偏移中心，盡量減少干涉。

采用數(shù)控銑床的話，就要確定變量，按等差誤差的條件，確定節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置，以便最大程度的減少程序段的數(shù)量，簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)編程。采用弦線逼近法容易計(jì)算，程序簡(jiǎn)便，但其缺點(diǎn)是插補(bǔ)誤差較大，如果處理得當(dāng)，還是可以滿(mǎn)足加工需要，關(guān)鍵在于插補(bǔ)段長(zhǎng)度及插補(bǔ)誤差控制［7］。各種曲線上各點(diǎn)的曲率不同，如果要是各插補(bǔ)段長(zhǎng)度均相等，則各段插補(bǔ)的誤差大小不同。反之，如果要各段插補(bǔ)誤差相同，則各插補(bǔ)長(zhǎng)度不等。

各自裝好合金立銑刀加工，或者在萬(wàn)能銑床采用高速磨削，采用:

式中R為銑刀半徑，aD為工件外徑的螺旋升角，ad為工件內(nèi)徑的螺旋升角［8-9］。采用上述公式計(jì)算，可以克服編程，移距，調(diào)整銑刀或者電鍍鉆石輪的工作對(duì)刀位置，同時(shí)要注意刀具的實(shí)際外圓尺寸和磨損的公差尺寸，基本消除“凹心”現(xiàn)象，減小加工誤差。

1.5 銑削技巧

在銑削過(guò)程中，進(jìn)刀和退刀也是關(guān)鍵，嚴(yán)格執(zhí)行銑削原理，還必須注意普通萬(wàn)能銑床的分度頭及掛輪系數(shù)的間隙，否則就不能使銑削位置達(dá)到預(yù)定的進(jìn)刀和退刀位置，還要防止震動(dòng)和打刀。因此粗銑時(shí)盡量手動(dòng)進(jìn)給，銑刀不作螺旋式運(yùn)動(dòng)，采用小階梯式進(jìn)刀方法，即橫向走刀搖分度頭手柄，縱向進(jìn)給搖工作臺(tái)手柄，隨后再用掛輪配比系數(shù)精銑。銑削完畢后，特別注意要螺旋面工作部分不要倒棱，直接送長(zhǎng)度計(jì)量或者三坐標(biāo)檢測(cè)，同時(shí)提供自改二類(lèi)軸心如圖2 所示，分段取點(diǎn)采用三角函數(shù)，合格為準(zhǔn)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，如果導(dǎo)程差，可以采用自改二類(lèi)心軸工具裝夾修削研磨。

圖2 導(dǎo)體安裝樣板檢測(cè)加工工具圖

將導(dǎo)條安裝樣板安裝在件號(hào)1 檢驗(yàn)工具上，將用萬(wàn)能千分表將同外圓與端面的基準(zhǔn)校好。用2-M6 位置將產(chǎn)品擰緊將件號(hào)2 號(hào)安裝，防止松動(dòng)，靠緊，保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性，便于測(cè)量和銑削，修復(fù)不合格產(chǎn)品。這套工具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝快捷，操作方便，用途廣泛，不受產(chǎn)品寬窄誤差的影響。靠板、墊板都具有高度互換性，在批量產(chǎn)品的加工中顯示了它的優(yōu)越性。

按照常規(guī)銑削后產(chǎn)品，送檢部門(mén)進(jìn)行單項(xiàng)檢查，而這種曲線受測(cè)量精度誤差，表讀數(shù)誤差等多種因素影響，通過(guò)反復(fù)琢磨，設(shè)計(jì)組裝一套集裝配數(shù)控加工中心及測(cè)量一體的組合檢驗(yàn)工具［10］，極大的提高了檢測(cè)效率，保證了檢測(cè)質(zhì)量，解決了復(fù)雜幾何質(zhì)量參數(shù)的檢測(cè)技術(shù)難題，提高了某公司檢測(cè)領(lǐng)域中的檢測(cè)評(píng)定能力。

2 結(jié)束語(yǔ)

以上導(dǎo)條安裝樣板檢驗(yàn)量具加工方法已送兵器集團(tuán)總裝部，采用多種方法反復(fù)計(jì)算對(duì)比，取得了理想的編程參數(shù)，基本消除了阿基米德螺旋線與加工刀具軸線不共線的問(wèn)題，采用改變刀具的幾何角度，調(diào)整轉(zhuǎn)速，切削液等技術(shù)，改進(jìn)后加工出來(lái)的螺旋角面其精度經(jīng)過(guò)計(jì)量，經(jīng)試驗(yàn)一舉獲得成功，加工尺寸和表面光潔度完全達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，提高了產(chǎn)品一次性交驗(yàn)合格率，保證了該產(chǎn)品的順利生產(chǎn)，為國(guó)防、航天事業(yè)作出了貢獻(xiàn)。

［1］薛明，趙薇. 基于數(shù)控車(chē)削非圓二次曲線零件加工的研究［J］. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013(4):129-131.

［2］金艷玲，楊東武，姚東成. 數(shù)控加工中非圓曲線輪廓的三圓弧逼近方法［J］. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013(9):111 -114.

［3］楊宗正. 自制軟件輔助數(shù)控銑削平面內(nèi)未給方程光滑曲線輪廓［J］. 機(jī)械工人(冷加工)，2000(7):33.

［4］楊根蓮. 非圓曲線輪廓工件的數(shù)控車(chē)削加工［J］. 機(jī)械工程師，2012(4):83 -84.

［5］李茂勝. 數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)齒輪配比設(shè)計(jì)［J］. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012(3):169 -170.

［6］王焯林. 圓柱螺旋周刃刀具的阿基米德后角加工［J］. 工具技術(shù)，2012(7):57 -59.

［7］朱虹，王立軍，楊海. 基于圓弧擬合的非圓二次曲線加工技術(shù)研究［J］. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012(12):227 -229.

［8］丁偉，常江. 螺旋面銑削時(shí)的共軛界限與干涉條件［J］.鞍山鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，1996(2):13 -15.

［9］周維泉. 利用機(jī)床的數(shù)控裝置設(shè)計(jì)阿基米德螺線凸輪的輪廓［J］. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，1991(3):22 -26.

［10］王西建，冀勉. 宏程序在非圓曲線輪廓車(chē)削加工中的應(yīng)用［J］. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013(7):110 -111，114.