HT665車銑復(fù)合加工中心加工異形漸開(kāi)線齒輪軸研究

張強(qiáng)，湯田，江灝源，陳錦麟

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203）

當(dāng)今，機(jī)床智能化程度越來(lái)越高，高端數(shù)控機(jī)床可控軸數(shù)也越來(lái)越多，逐漸出現(xiàn)了具有多種加工能力的復(fù)合機(jī)床。如圖1所示，HT665車銑復(fù)合中心是一種將車削和銑削、鉆削等功能集一身的復(fù)合型多功能數(shù)控機(jī)床，被廣泛用于鐵路、航空、兵器等行業(yè)加工復(fù)雜零件，是專為滿足高精度、高效率要求而設(shè)計(jì)和制造的超高性能加工設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)一次性裝夾工件完成五面所有或大部分車削和銑削加工內(nèi)容（包括空間曲面和斜孔），打破了傳統(tǒng)組合加工方法，提高加工效率的同時(shí)，還保證了加工精度。隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)加工行業(yè)常要加工一些精度要求高、加工難度大的復(fù)雜零件，普通機(jī)床和常用的加工方法已不滿足這些復(fù)雜零件的加工要求，此時(shí)，就需要借助像HT665車銑復(fù)合中心這樣的多功能數(shù)控機(jī)床來(lái)能滿足加工需求。

圖1 HT665車銑復(fù)合加工中心

圖2 異形漸開(kāi)線齒輪軸簡(jiǎn)圖

異形漸開(kāi)線齒輪軸（圖2）屬精度要求高、加工難度大的復(fù)雜零件，需在數(shù)控車床和數(shù)控銑床上完成不同的加工內(nèi)容，必須進(jìn)行多次裝夾定位及對(duì)刀操作，但難以保證零件的加工精度和形位公差。選用帶有雙刀塔、雙主軸的HT665車銑復(fù)合中心進(jìn)行加工可有效減少裝夾次數(shù)，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成多道加工工序，有效保證零件的相互位置要求和尺寸精度。下面對(duì)HT665車銑復(fù)合中心加工異形漸開(kāi)線齒輪軸的過(guò)程進(jìn)行介紹。

1 圖紙分析

異形漸開(kāi)線齒輪軸主要由漸開(kāi)線斜錐齒輪、鍵槽、斜錐面、端面?zhèn)鲃?dòng)齒輪等特征組成，加工技術(shù)難點(diǎn)主要有2方面，一是漸開(kāi)線斜錐齒輪和端面?zhèn)鲃?dòng)齒輪同軸度要求為0.01mm、圓跳動(dòng)0.005mm，位置精度要求高，加工時(shí)多次裝夾會(huì)引起位置精度超差。二是圓錐面上分布的鍵槽和斜錐平面上的孔需要使用B軸擺動(dòng)定位后進(jìn)行加工，以保證鍵槽及孔的角度位置，這些加工要求是普通加工設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)的。若選用HT665車銑復(fù)合中心對(duì)該零件進(jìn)行加工，該設(shè)備的性能完全能滿足加工要求，且優(yōu)勢(shì)明顯。

2 加工工藝方案

經(jīng)工藝分析，需先在副主軸上完成左端各部分的特征加工，然后，副主軸送料給主主軸對(duì)接裝夾，再進(jìn)行右端各部分的特征加工。在加工右端斜錐平面和圓錐面上的鍵槽時(shí)，需使用上刀塔B軸的擺動(dòng)功能，上刀塔擺動(dòng)一定角度后進(jìn)行加工。在加工漸開(kāi)線斜齒輪時(shí)，要使用四軸聯(lián)動(dòng)功能才能滿足加工要求。中間鍵槽及逗點(diǎn)齒輪使用下刀塔進(jìn)行加工，加工時(shí)，需使用主主軸的分度定位功能配合下刀塔完成加工。整個(gè)加工過(guò)程只需一次人工裝夾，副主軸與主主軸對(duì)接裝夾由機(jī)床自動(dòng)完成，無(wú)須人為參與，有效保證了再次裝夾的定位精度。

2.1 副主軸上完成的加工內(nèi)容

將毛坯夾持在副主軸上進(jìn)行左端零件特征加工，工序?yàn)椋海?）用45°端面車刀車平左端端面。（2）用90°外圓車刀粗、精車左端外形輪廓至尺寸。（3）用φ20麻花鉆粗加工左端內(nèi)孔。（4）用90°內(nèi)孔車刀粗、精加工左端內(nèi)輪廓至尺寸。（5）用φ6硬質(zhì)合金立銑刀粗、精加工左端端面齒輪至尺寸。（6）左端零件特征加工完后副主軸對(duì)接主主軸進(jìn)行抓料，完成調(diào)頭。

2.2 主主軸上完成的加工內(nèi)容

工件掉頭后進(jìn)行右端零件特征加工，工序?yàn)椋海?）用45°端面車刀車平右端端面，并保證工件總長(zhǎng)尺寸。（2）采用跟隨加工功能，上下刀塔兩把90°外圓車刀同時(shí)高效粗車右端外形輪廓。（3）90°外圓車刀精車右端外形輪廓至尺寸。（4）上刀塔B軸擺動(dòng)45°定位，主主軸進(jìn)行分度后，用φ10硬質(zhì)合金立銑刀粗、精銑削右端斜錐平面。（5）用φ3.8和φ5.8麻花鉆粗加工φ4和φ6孔后，用φ4H7和φ6H7鉸刀鉸孔。（6）用切槽刀（刀寬4mm）粗、精車削凹槽及圓錐面。（7）用φ6硬質(zhì)合金立銑刀粗、精銑削圓柱面上均勻分布的鍵槽及逗點(diǎn)齒輪。（8）上刀塔B軸擺動(dòng)45°定位，用φ8硬質(zhì)合金立銑刀粗、精銑削圓錐面上均勻分布的鍵槽。（9）上刀塔B軸配合主主軸分度實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)，用φ6硬質(zhì)合金立銑刀粗、精銑削漸開(kāi)線斜齒輪。

3 刀具選用及切削參數(shù)

正確選擇刀具類型及材料是保證零件加工精度的重要環(huán)節(jié)，刀具的選擇需充分考慮零件形狀、材料等各方面因素。選擇車削刀具時(shí)需注意兩個(gè)方面，一是粗加工刀具需大量去除毛坯多余材料，應(yīng)選用較小前角的刀片，刀尖圓弧半徑選用大的圓弧，減少刀尖磨損。二是精加工刀具要保證零件尺寸精度和表面粗糙度，應(yīng)采用較大前角的刀片，刀尖圓弧半徑不宜太大，避免車削阻力過(guò)大使工件變形影響加工精度。選擇銑削刀具時(shí)，需注意兩個(gè)方面，一是粗加工時(shí)在尺寸允許的條件下盡量選用大直徑刀具，既保證排銷通暢，又提高加工效率。二是精加工時(shí)選用的刀具刃長(zhǎng)不宜過(guò)長(zhǎng)，避免刀具剛度不足影響加工精度和表面粗糙度。此次用于加工異形漸開(kāi)線齒輪軸的材料是2A12鋁棒，該材質(zhì)切削性能較好，選用鋁合金專用硬質(zhì)合金刀具即可，具體刀具名稱及切削參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 刀具及切削參數(shù)

4 三維建模及生成刀具軌跡

三維建模用的軟件是Solidworks，建模時(shí)使用尺寸中值建模。尺寸中值建模的優(yōu)點(diǎn)在于建模過(guò)程中已充分考慮到如何保證零件的尺寸加工精度，為后續(xù)生成刀具路徑及零件加工提供便利。尺寸中值指尺寸公差范圍內(nèi)的中間值，如φ10的尺寸中值計(jì)算（10.01+10.02）/2=10.015mm。

生成刀具路徑軌跡用的CAM軟件是Esprit，該軟件是目前比較適合用于車銑復(fù)合中心編寫(xiě)加工程序的CAM軟件之一。生成刀具路徑軌跡流程為：（1）將建好的三維模型導(dǎo)入Esprit軟件，在軟件中設(shè)置與實(shí)際加工相吻合的毛坯及坐標(biāo)。（2）選用車削加工、跟隨加工、切槽加工、孔加工等車削策略來(lái)完成車削部分的刀具軌跡生成。（3）選用纏繞端面型腔加工、輪廓加工、面加工、纏繞型腔加工等策略來(lái)完成銑削部分的刀具軌跡生成。最后，使用后置處理文件將優(yōu)化好的刀具路徑軌跡生成用于實(shí)際加工的G代碼程序。由于車銑復(fù)合設(shè)備都比較復(fù)雜，在實(shí)施加工時(shí)，稍有不慎就容易出現(xiàn)撞機(jī)事故，所以在使用G代碼進(jìn)行加工前要將生成的G代碼程序?qū)敕抡孳浖M(jìn)行模擬仿真校驗(yàn)來(lái)避免撞機(jī)事故發(fā)生。漸開(kāi)線斜齒輪刀具路徑軌跡及加工實(shí)物見(jiàn)圖3。

圖3 漸開(kāi)線斜齒輪刀具路徑軌跡及加工實(shí)物見(jiàn)

5 結(jié)語(yǔ)

異形漸開(kāi)線齒輪軸是車銑復(fù)合加工具有代表性的典型零件，本文分析了該零件的加工技術(shù)難點(diǎn)且制定加工工藝方案，將二位圖紙尺寸進(jìn)行處理后用三維軟件生成了三維模型，再用三維模型生成刀具路徑軌跡及加工用的G代碼程序，最后，操作HT665車銑復(fù)合中心耗時(shí)6小時(shí)完成全部加工，經(jīng)海克斯康三坐標(biāo)檢測(cè)，實(shí)物形位公差和尺寸公差均達(dá)到圖紙要求。