复杂槽轮零件数控加工工艺设计及仿真研究.pdf

1、内燃机与配件w w w n r j p j c n复杂槽轮零件数控加工工艺设计及仿真研究陈波,叶玉全,王志标,王波(湖南工业职业技术学院机械工程学院,湖南 长沙 ;复杂薄壁精密零件智能柔性加工技术湖南省工程研究中心,湖南 长沙 ;长沙汽车工业学校,湖南 长沙 )摘要:槽轮零件轮廓复杂、精度要求高,为确保其结构尺寸、形位公差、表面质量等达到设计要求,提高生产效率和降低制造成本,因此对其加工工艺进行优化.通过对槽轮结构特征和精度分析,设计了专用夹具,拟定了合理的加工路线,采用UGN XC AM软件进行了数控编程,并对毛坯进行了切削仿真.通过对仿真结果的分析,验证了加工工艺的可行性,为槽轮及同类零件

2、的加工研究提供借鉴.关键词:槽轮;专用夹具;加工工艺;数控编程;仿真中图分类号:TH T P 文献标识码:A文章编号:X()R e s e a r c ho nN CM a c h i n i n gP r o c e s sD e s i g na n dS i m u l a t i o no fC o m p l e xG r o o v e dP u l l e yP a r t sC h e nB o,Y eY u q u a n,W a n gZ h i b i a o,W a n gB o(C o l l e g eo fM e c h a n i c a lE n g i n

3、e e r i n g,H u n a nP o l y t e c h n i co f I n d u s t r y,H u n a nC h a n g s h a ;H u n a nE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro f I n t e l l i g e n tF l e x i b l eM a c h i n i n gT e c h n o l o g yf o rC o m p l e xT h i n w a l l e dP r e c i s i o nP a r t s,H u n a nC h a n

4、 g s h a ;C h a n g s h aa u t o m o t i v e t e c h n i c a l s c h o o l,H u n a nC h a n g s h a )A b s t r a c t:T h e c o n t o u ro f g r o o v e dp u l l e yp a r t s i sc o m p l e xa n dt h ep r e c i s i o nr e q u i r e m e n t i sh i g h I no r d e r t oe n s u r et h a t t h e s t r u c

5、 t u r a l s i z e,s h a p e a n dp o s i t i o n t o l e r a n c e a n ds u r f a c eq u a l i t ym e e t t h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s,i m p r o v e t h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n d r e d u c e t h em a n u f a c t u r i n g c o s t,t h ep r o c e s s i n g t e c h n o l

6、o g y i s o p t i m i z e d T h r o u g h t h e a n a l y s i s o f t h es t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s a n da c c u r a c yo f t h eg r o o v e dp u l l e y,as p e c i a l f i x t u r ew a sd e s i g n e d,a n dar e a s o n a b l ep r o c e s s i n gr o u t ew a s d r a w nu p T h

7、e n u m e r i c a l c o n t r o l p r o g r a mm i n gw a s c a r r i e do u t b yU G N XC AMs o f t w a r e,a n d t h e c u t t i n g s i m u l a t i o no f t h eb l a n kw a s c a r r i e do u t T h r o u g h t h e a n a l y s i s o f t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s,t h e f e a s i b i l i

8、 t yo f t h e p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y i sv e r i f i e d,w h i c hp r o v i d e s r e f e r e n c e f o r t h ep r o c e s s i n gr e s e a r c ho f g r o o v e dp u l l e ya n ds i m i l a rp a r t s K e yw o r d s:G r o o v e dp u l l e y;S p e c i a l f i x t u r e;P r o c e s s i

9、 n gt e c h n o l o g y;N u m e r i c a l c o n t r o l p r o g r a mm i n g;S i m u l a t i o n基金项目:湖南省教育厅科学研究项目(C )作者简介:陈波(),男,湖南衡阳人,副教授,硕士,主要从事数控加工技术研究及数控机床装调.通讯作者:叶玉全(),男,湖南岳阳人,工程师,硕士,主要从事机械设计与制造技术研究.引言在现代制造业中,平面类零件趋于复杂化、精密化,这对该类零件数控加工提出了更高的要求.根据零件结构特征分析了加工难点,制定了合理的加工工艺,使用C AM技术进行数控编程.在这类复杂的平面类零

10、件加工中,常常采用UG N X辅助制造.UG N X是一种交互式的计算机辅助设计和制造系统,它可以提供有效的方案解决产品的设计和开发问题,并为产品测试提供合适的方法.数控仿真加工是目前机械加工行业降低数控机床程序校验工作量,提高生产效率、减少生产事故的主要手段.在加工的过程中设计专用夹具,可以保证了机械加工的效果和机械加工的准确度.基于N X软件,对槽轮零件结构特征分析,制定中等批量件槽轮零件加工工艺方法,采用通用夹具和设计专用夹具的装夹方式,来保证零件上、下两面同轴,制定合理的工艺路线,利用C AM软件进行实体仿真,验证加工的可行性.零件结构和精度分析 结构特征分析图槽轮零件三维模型槽轮 机

11、 构 在 机 械 传动中常用于实现进给、转位或分度、制动以及超越离合 等 场 合.槽 轮 是该机 构 中 重 要 的 基 础 零件,具 有 定 位 精 确,运 动可靠性高等优点,其作用是将 槽 轮 周 期 性 的 旋 转运动 转 化 为 其 他 零 件 的直线运动,其三维模型如图所示.针对中等批量槽轮零件生产加工工艺进行研究,零件整体为平面类凸凹阶梯结构,表面类型有内外轮廓、型腔、开放U形槽、盲孔、通孔、内螺纹等特征,且许多型腔、圆弧、孔系尺寸精度要求高,加工工序繁杂,难以保 年第 期证零件的加工精度及效率等.尺寸精度分析槽轮零件如图所示,正面由个槽轮、棱形凸台、类四方外形、盲孔和 通孔组成.

12、反面由 的圆台、个腰形槽、中间内凸台等组成,其几何形状以二维阶梯形状为主,槽轮顶部特征有R 的圆角.主视图中槽轮外轮廓距离尺寸为 mm,槽轮底部之间的距离尺寸为 mm,槽宽尺寸为 mm,尺寸公差均为I T 级,槽轮顶部为R 的圆角;棱形圆弧凸台R 的圆弧弧底距离为 mm,尺寸公差为I T 级.槽轮槽底R 的最低点距离为 ;中间为类四方轮廓,其外轮廓距离为 mm,与水平线成 夹角,R 的圆弧轮廓与反面 mm的圆盘共面,这对零件正反两向同轴提出了更高的要求.左视图为轮盘形状,包含个腰 形 槽,其 外 圆 尺 寸 为 mm、内 圆 尺 寸 为 mm,深度尺寸为 mm,尺寸公差均为I T 级.工件的中

13、心部分,由 mm的通孔、沉头 孔 及 中 心 凸 台 组 成,精 度 等 级I T 级,mm的通孔与B面的垂直度公差为 mm,与 mm孔的同轴度公差为 mm.图槽轮零件图夹具及工艺设计根据零件的最大外轮廓尺寸和图纸的技术要求,毛坯选用 的方料,材料为 号钢.该零件用于一般的机械加工传动场合,经调质处理可以获得具有一定的塑性、韧性和强度,切削性良好,具有良好的综合力学性能.考虑槽轮零件结构特点、加工精度要求及中等批量生产的要求,因此需设计专用夹具及制订合理的加工工艺.专用夹具设计正面采用平口钳装夹,B基准是保证其他尺寸精度的关键要素,选择该面为装夹定位基准,符合设计基准与工艺基准重合的原则.因此

14、加工正面时,只需以毛坯的四边作为找正基准,即可确保各面余量均衡.但在反面加工时需要反复找正,才能保证正反面同轴,从而导致加工效率较低.为提高加工效率及减少找正误差对加工的影响,设计专用夹具如图所示,采用一面两键槽装夹方式,通过与两键的配合限制零件的转动,中心销孔与零件采用 Mh过渡配合的方式保证零件正反面的同轴度,中心销孔与夹具体采用 Ph过盈配合的方式保证其稳定性.在工件的两侧安放两夹紧块,通过对螺钉的紧固将紧固块向下作用力转变为对夹紧块的侧向压力,从而压紧零件,保证铣削时的稳定性.图专用夹具工程图 加工工艺设计零件采用高精度的轴数控铣床,使用平口钳装夹,先加工槽轮零件正面,再翻面使用专用夹

15、具进行装夹.铣削加工凸台、型腔、轮廓时,需要采用粗铣半精铣精铣的加工工序,保证加工尺寸精度.通过改变刀具半径补偿值,修正加工尺 寸.的 通 孔 采 用 铣 孔、铰 孔 的 加 工 方 法,沉孔采用铣孔、粗镗、精镗的加工方法;加工腰形槽R 的转角时,为避免刀具半径补偿时产生过切现象,选用的刀具半径要小于R.根据以上分析,制定以下加工路线:()以工件底面和侧面夹紧定位,保证两装夹边平面度及平行度;如果不能满足平面度及平行度要求,则需要增加对装夹边修正的工序;()工件夹持量大于 mm,采用 的硬质合金立铣刀,粗铣上表面、棱形凸台、槽轮、类四方外形、盲孔和 通孔,;()精铣棱形凸台、类四方外形至尺寸;

16、()采用 的硬质合金立铣刀,精铣槽轮轮廓至尺寸;()采用 H 铰刀,铰孔 mm至尺寸;()采 用 内 孔 镗 刀,粗、精 镗 m m至 尺 寸,去毛刺;()采用的硬质合金球头铣刀,加工槽轮顶部R 的圆角.()零件翻边,利用专用夹具夹紧定位,粗、精铣下表面至零件厚度尺寸;()粗铣 外圆、内圆、个腰形槽、内凸台,沉孔;()精铣 外圆、内圆、个腰形槽、内凸台、镗 沉孔至尺寸;数控编程及仿真加工依照零件图样,建立三维数字化模型,运用UGC AM模块,按照加工流程:先设置机床坐标系MC S、刀具、工件几何体WO R K P I E C E、加工方法等,根据上述制定的工艺路线创建合适的加工方法,填写合理的

17、加工参数,生成刀路轨迹并通过实体仿真验证刀轨的合理性,最后通过后处理输出加工所需要的程序,完成零件的自动编程.内燃机与配件w w w n r j p j c n 正面粗加工编程及仿真槽轮零件正面工艺特征主要有槽轮、棱形凸台、类四方外形、盲孔和通孔.设置零件加工原点为毛坯上表面中心,使用UG N X自适应铣削编程,采用 的硬质合金立铣刀,依次粗铣棱形凸台、槽轮、类四方外形、盲孔和 通孔,底部留 mm、侧面 mm的余量.加工刀轨及仿真结果如图所示.图正面粗加工刀轨及仿真结果 底面编程及仿真加工精铣棱形凸台、槽轮底面,控制加工深度,深度 、至尺寸;加工刀轨及仿真结果如图所示.图底部精修刀轨及仿真结果

18、 侧面编程及仿真加工为避免接刀痕,影响底面光洁度,将Z轴的高度座标设定值抬高 mm.精铣四侧面 mm至尺寸,铣孔至 ,铰孔 至尺寸,去毛刺,;加工刀轨及仿真结果如图所示.图侧面精修刀轨及仿真结果 槽轮精加工采用 的硬质合金立铣刀,精铣轮槽,使用N X平面铣,切削模式为轮廓,避免接刀痕,同样将Z轴高度值抬高,方法同上一工步;控制加工槽底之间的距离尺寸为 mm;槽宽尺寸为 mm;加工刀轨及仿真结果如图所示.图槽轮精加工刀轨及仿真结果 类四方外形精加工编程及仿真加工精铣类四方外形,保证四侧面 mm至尺寸,加工刀轨及仿真结果如图所示.图类四方外形精加工编程及仿真结果 翻面粗加工利用专用夹具定位,槽轮零

19、件反面工艺特征主要有 的圆台、中间内凸台、个腰形槽等.粗铣 外圆、内圆、个腰形槽、内凸台,沉孔,底部留 m m、侧面 m m的余量.加工刀轨及仿真结果如图所示.图翻面粗铣刀轨及仿真结果 翻面精加工精铣外圆 m m、内圆 m m、中心凸台 、个腰形槽四个特征的深度为 m m至尺寸;精铣外圆 mm、内圆 mm、中心凸台 三个特征的轮廓至尺寸;精铣个腰形槽、深度为 mm至尺寸.加工刀轨及仿真结果如图 所示.图 翻面精修刀轨及仿真结果结论对槽轮零件的特征进行了分析,设计了专用夹具,拟定了零件的加工路线,采用UG N XC AM软件进行了数控编程,并对毛坯进行了切削仿真,通过对仿真结果的分析,验证了加工工艺的可行性,为槽轮及同类零件的加工工艺路线的拟订、数控编程及仿真研究提供借鉴.参考文献:舒文骥浅析C A X A制造工程师在数控铣加工自动编程方面的应用J机电信息,():韩军,熊风生,姚晟等复杂薄壁散热器零件数控加工技术研究J制造技术与机床,():薛明基于UG的数控加工技术在模具加工中的应用J新技术新工艺,():李丽萍典型轴类零件的数控仿真加工研究J机械工程与自动化,():徐圣凯,方承凯,王炬达等数控铣床加工多面零件的加工工艺编程及夹具改进J机电产品开发与创新,():龚宏,徐练光,熊宇烈,王珑小模数棘轮滚齿加工工艺探讨J航天制造技术,():