偏心套的工艺分析及数控加工

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在机械产品中,偏心套起着调节齿轮副中心距的作用,通过调整偏心套来调整齿轮副的传动精度。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响到齿轮副的传动精度,进而影响到传动效果、齿轮的使用寿命及其传递的转矩。因此,偏心套的加工质量、它的统一性、一致性直接影响到整个产品的使用性能。偏心套是薄壁件,易磨损互换性要求高。通过对偏心套的合理的工艺分析,选择数控铣作为加工手段,利用数控铣床定位及重复定位精度高,利用合理的、简单的加工程序,正确的走刀路径,来确保偏心套的尺寸精确度及一致性。
* \: I) ^8 V8 Q" n, g2 q- R- p1.偏心套的结构及工艺分析
3 N9 N9 ?0 R5 @" N  @6 m, y偏心套(见图1、2)待加工表面对称中心与已加工表面的中心不重合,因此加工余量不均匀,最小加工余量为1.5mm,零件不能承受较大的扭矩及切削力,这为加工带来了极大难度。因此,选用合理的加工方式及正确的工艺流程成为关键。
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图1 偏心套毛坯图

3 q# T' ?/ I, z图2 偏心套零件图
(1)加工方式的选择
从偏心套的毛坯图来看是薄圆环件,而需加工表面在圆环的上表面及下表面,而且加工表面的形状较为复杂都是圆弧连接,有凸台也有凹槽,而且在360°的圆周上均匀分布。被加工表面的表面粗糙度值Ra=3.2μm,因此选用铣削的加工方式。
6 ?) @3 K7 y6 A, S) ~(2)装夹方式的选择
6 u- P8 t* i" {9 {* [8 ^由于被加工表面位于零件的上表面及下表面,因此,只能采用二次装夹的方式来加工。装夹方式有三种:
1 ~/ [- c/ z5 l, l" V1 X①下压式,即做带螺纹的心轴,用中间孔作定位,然后加压板用螺母备紧后加工。此种方式虽然限制了零件在X、Y、Z方向的移动,但由于心轴与工件内孔是间隙配合,仅靠压板的下压力来防止工件在X、Y平面内旋转,因此,在加工过程中容易使工件发生转动,从而造成废品。压板也要做成偏心状,但由于位置不固定,加工中容易铣削到压板。此种方式又需做心轴,生产周期长,加工成本增加。
②外夹式,采用车用的三爪自定心卡盘夹工件的外圆来加工。但工件的厚度太薄,仅有13mm,而用来装夹的厚度也只有9mm,装夹面积太小加工时容易发生转动,在加工中刀具又极易碰到夹盘,而产生打刀现象。
& b# A. C+ j9 G0 N4 }! _" A- b+ w' X( n③内顶式,采用车用的三爪自定心卡盘,但卡盘的三爪反装,用工件内孔作定位,夹紧力向外。这种装夹方式避免了由于装夹面积小,切削力容易使工件发生转动以及刀具碰夹具等问题,因此,在生产中采用内顶式装夹方式进行加工。
(3)加工顺序的选择采用合理的加工顺序可以有效地控制工件产生变形以及控制工件的尺寸精度。加工时应先去除多余的加工余量。因此,在对工件进行加工时,应遵循“先粗后精”、“先形后孔”的原则,那么,对偏心套的加工流程如下:装夹工件→铣外圆→粗铣凸台→精铣凸台→钻中心孔→钻孔→划线→重新装夹→铣D2圆→粗铣5.5mm槽→精铣5.5mm槽。
2.数控加工
(1)加工原点的选择及设定零点偏置
加工原点的选择应遵循的原则是:在工件中易找到;有利于简化编写的程序;加工对称图形时,应尽可能的选用对称图形的对称中心。根据这一原则偏心套的加工原点选在5.5mm宽槽的对称中心。由于用的刀具较多,为了加工方便,因此设定多个零点偏置。
(2)数控加工的刀具的选择
在数控加工时的刀具选择上,很多人认为数控加工一定要选用数控刀具,涂层刀片等,其实也不尽然,也可以选择高速钢、硬质合金刀具等。虽然数控刀具的切削速度很高,有较高的加工效率,但这只在大批量生产中优势较为明显,在小批量或单件生产中就显得加工成本较高了。因此在选择刀具的时候应根据现有生产周期、生产条件、零件的数量来选择所用刀具。偏心套在生产中属于件小、量少,只要求它的加工精度、形状的一致性和各个零件间的互换性。偏心套的材料是45钢,因此可选择高速钢材质的刀具。加工时铣削方式对刀具及工件表面粗糙度的影响很大。铣削方式有两种:逆铣和顺铣。铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时称为逆铣,相同时称为顺铣。逆铣时,切削厚度从零逐渐增大。铣刀刃口有一钝圆半径Rn,造成开始切削时前角为负值,刀齿在过渡表面上挤压、滑行,使工件表面产生严重冷硬层,并加剧了刀齿磨损。此外,当瞬时接触角大于一定数值后,fn向上,有抬起工件趋势;顺铣时,刀齿的切削厚度从最大开始,避免了挤压、滑行现象,并且fn始终压向工作台,有利于工件夹紧、可提高铣刀寿命。若在丝杠与螺母副中存在间隙情况下采用顺铣,当进给力逐渐增大,超过工作台摩擦力时,使工作台带动丝杠向左窜动,造成进给不均,严重时会使铣刀崩刃。逆铣时,由于进给力作用,使丝杠与螺母传动面始终贴紧,故铣削过程较平稳、加工表面质量较高。加工时多采用逆铣。在选择刀具的同时应同时计算或给出刀具的转数及其进给。根据公式:

* u/ O; e5 l1 w- B7 U1 J通常应根据具体加工条件选择fz然后计算出vf,按vf调整机床。因此根据加工的流程和现有的生产现状选择刀具如下:
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1 W" C0 C$ Y6 n( @) }7 X(3)数控加工程序的编制
偏心套的数控加工程序的难点和重点是加工3×M5的螺纹底孔及3个5.5mm长槽的程序编制。偏心套的数控加工程序是用手工编制的。手工编制程序的原则是:尽可能地简化计算量,简化程序的长度。偏心套由于工序长,形状复杂,因此程序比较长。但根据这一原则,在编制过程中就运用到一些编程技巧,包括钻孔循环、可编程旋转、子程序、子程序调用,使程序简单明了。
①刀具的补偿
在加工由于形状复杂及尺寸精度的要求时,必须用到刀具的半径补偿。在偏心套的加工中,由于采用逆铣M03,因此刀具半径采用右补偿G42。
8 n" g4 O+ O6 z7 k3 z5 R% z. f; Y4 Q②偏心套程序中的技巧
$ W% W8 _  y6 J) J0 Z8 Q  e, y& v5 m钻孔循环、可编程旋转、子程序、子程序调用。钻孔循环:在偏心套的加工中有3个M5的螺纹待制孔,3个孔在同一圆周上,必须进行连续钻孔,因此采用调用模态钻孔循环MCALLCYCLE81(RTP,RFP,SDIS,DP,DPR)及孔位置HOLES2(0,0,39.5,0,120,3)。在调用模态钻孔循环后用MCALL取消模态钻孔循环。铣钻中心孔N170～N270,然后钻孔N280～N400。具体程序如下:

可编程旋转、子程序、子程序调用:偏心套中有在360°圆周上均布的凸台和键槽需要加工,为了简化计算量和简化程序,因此在编制时用到旋转、子程序。偏心套加工3个5.5mm宽的长槽的子程序具体程序如下:

加工3个5.5mm长槽的主程序用了子程序的调用、可编程旋转。可编程旋转:格式AROTRPLAROT是以当前有效设置或编程的零点为参考的附加旋转;RPL在平面内旋转:坐标系所旋转的角度。具体编程如下:
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③模拟
" O- |6 O+ c; P/ j程序编制结束后,应对其正确性进行校验。在机床及刀具不运动的情况下,在机床或计算机上描绘出刀具中心运动轨迹,描绘出的刀具中心运动轨迹与实际加工轨迹是否相同,此种校验方式为模拟。模拟的方式有两种,一种是在计算机上用专用软件进行模拟;一种是将其输入到机床,在机床上进行模拟。但这两种模拟方式只能对刀具运动轨迹的正确性进行模拟,而不能对刀具与工件的干涉及碰撞进行模拟。对偏心套加工程序的模拟是在机床上进行的。
1 `% E$ d; \8 X0 s& c3.结语
1 m, w. }* y- m8 X  d! v综上所述,在偏心套的加工过程中,通过其工艺分析及数控加工,保证了偏心套的尺寸精度及表面粗糙度。在编制数控程序中通过钻孔循环、孔位置、子程序、可编程旋转等技巧的运用大大简化了加工程序,也为以后手工编制含有多个对称的一致的图形、多个一致孔的加工程序提供一个很好的实例,积累了经验。【MechNet】
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