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摘 要： 摘要:介紹了項目初期專用五軸加工設備尚未到位之前,在現(xiàn)有產(chǎn)品加工設備DMC-912三軸加工中心上加工齒模的工藝攻關過程。分析了從工藝設計模擬、程序參數(shù)、刀具選用、現(xiàn)場控制等生產(chǎn)加工全過程。結(jié)果表明:鋼齒環(huán)精密成形實現(xiàn)批量生產(chǎn)能力,減少采購成本。 關鍵
摘要:介紹了項目初期專用五軸加工設備尚未到位之前,在現(xiàn)有產(chǎn)品加工設備DMC-912三軸加工中心上加工齒模的工藝攻關過程。分析了從工藝設計模擬、程序參數(shù)、刀具選用、現(xiàn)場控制等生產(chǎn)加工全過程。結(jié)果表明:鋼齒環(huán)精密成形實現(xiàn)批量生產(chǎn)能力,減少采購成本。
關鍵詞:同步器鋼齒環(huán);高轉(zhuǎn)速;高精度;高硬度;極小圓角
0引言
同步器鋼齒環(huán)精密成形是公司首次進行的齒部精密鍛造工藝[1],其從工藝設計[2],到模具加工、現(xiàn)場控制等全過程均與現(xiàn)有鍛造工藝差異甚大。尤其在模具加工方面,項目初期五軸高速加工設備尚未到貨,外購模具價格昂貴且供貨周期較長,因此如何實現(xiàn)在現(xiàn)有三軸加工中心上的鋼齒環(huán)模具自制,最終實現(xiàn)量產(chǎn)成為重中之重。
1三軸加工中心上鋼齒環(huán)模具加工工藝攻關
鋼齒環(huán)模具[3]有幾個顯著特點:高硬度(洛氏HRC56~60)、深型腔加工(刀具長徑比最大16,深度12~14mm)、極小圓角(≤R0.25mm),導致加工難度增加,如圖1所示。
實驗設備為臺灣喬福DMC-912三軸加工中心,主軸轉(zhuǎn)速12000r/min。
圖2是當時攻關完成前后齒部、鍵槽部位圖片對比。由圖可看出,主要問題如下:(1)各重要圓角部位未達到圖紙要求;(2)齒形齒向基本沒有加工出來;(3)加工表面接刀紋明顯、表面粗糙度未達到圖紙要求。
針對上述存在問題,采用逐一排除法,對未達到圖紙要求的所有因素分別調(diào)整和試驗。
2.1刀具的選擇
對長徑比為16(無法實現(xiàn)擺軸的三軸加工中心)、直徑ϕ1mm以下的刀具來說,最基本的加工要求是過程中刀具要耐磨、不能斷刀。經(jīng)用日立、山特、黛杰、山高等多個刀具廠家試驗對比。最終確定使用日立小徑球頭立銑刀(由于日立刀具具有高耐磨性、較高的韌性、性價比最高等因素,符合該模具加工刀具要求)。
2.2切削用量的選擇
車間內(nèi)熱后大部分模具的加工一般切深0.2mm以上,現(xiàn)在選擇使用小徑立銑刀,通過反復的切削參數(shù)調(diào)整試驗,最終確定了適合的切削用量,例如ϕ1R0.5L12-L16的球頭立銑刀,切寬切深在0.025mm左右,該工具性價比高,并且可保證模具的加工質(zhì)量。
2.3主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整由于車間喬福DMC-912三軸加工中心最高轉(zhuǎn)速只有12000r/min,但該模具高速銑削要求的最低轉(zhuǎn)速在20000r/min以上,因此考慮實驗初期加工不出齒形的原因,可能是由于主軸轉(zhuǎn)速不夠造成的,于是在主軸上加裝高速頭,使最高轉(zhuǎn)速達到36000r/min。經(jīng)過實驗加工,發(fā)現(xiàn)僅僅提高轉(zhuǎn)速也不能加工出齒形。
2.4加工策略的選擇
控制系統(tǒng)采用FANUC-18IMB數(shù)控系統(tǒng),刀具在拐角沒有高速的處理插補運動能力,拐角快速轉(zhuǎn)彎,使模具幾何形狀達不到技術要求,通過實驗增加高速預讀代碼G05.1Q1和G05.1Q0來增加多程序段處理進行插補前的直線加減速,由于多程序段的預先加減速,加工中能加速平滑,實現(xiàn)高速加工。該策略選擇對加工效率、加工質(zhì)量起了很大作用。
2.5編程軟件的選擇
編程軟件是復雜高速銑削加工的指揮棒,現(xiàn)在主流編程軟件Pro/E、UG、Powermill、Hypermill等逐一試用,在軟件公司技術人員的幫助下掌握了高速加工的理念和方法。由于UG中CAM模塊Z_LEVLE(等高精加工)加工策略進行陡峭面加工,8°斜面采用CAM模塊FIXED_CONTOUR(固定軸輪廓)加工平緩面。圖3是編程軟件生成的清根刀路。通過比對,并考慮UG軟件仿真功能、編程系統(tǒng)全面和積極的售后服務,最終選擇了UG軟件來進行模具編程及后處理。
2.6余量調(diào)整及加工順序
精鍛模具加工順序一般為熱前粗車、熱后精車粗精銑,精銑時需要用到多把刀具:Φ10mmR1mm刀開粗—Φ6mmR1mm刀粗銑—Φ3mmR1.5mm球刀半粗銑—Φ2mmR1mm球刀半精銑—Φ1.5mmR0.75mm球刀半精銑—Φ1mmR0.5mm球刀精銑—Φ0.8mmR0.4mm球刀清根。加工過程中各刀具留量、加工區(qū)域的選擇、接刀效果以及清根效果是加工過程中的一個重要課題。通過分析比對,最終確定了合理的加工順序和加工余量。
2.7冷卻條件的選擇
由于模具洛氏硬度在HRC56~60、刀具長徑比偏大,當轉(zhuǎn)速在12000r/min以上時刀具和模具間產(chǎn)生大量熱量,造成加工讓刀現(xiàn)象,其中最大讓刀量為0.2mm。后續(xù)試驗了切削液冷卻、油霧冷卻、氣冷等3種冷卻方式。油霧冷卻和氣冷使用后模具加工尺寸穩(wěn)定,最終選擇油霧冷卻和氣冷結(jié)合方式。
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3試驗過程簡述
圖4為一個齒一種或多種實驗方案。
由圖4可以看出:第1—5齒,攻關之前的加工方法,高速頭22700r/min或不用高速頭,齒形均未出。
第6—8齒,取消高速頭,主軸轉(zhuǎn)速9600r/min,進給460mm,冷卻液開或不開對齒形有影響,說明切削產(chǎn)生的熱量很大,齒形基本出。
第9—10齒,使用高速頭加工,22700r/min,調(diào)整不同進給速度,齒形未出,說明僅僅提高轉(zhuǎn)速并不會改善加工效果,反而加速刀具磨損。試用了KENDU的球刀,但讓刀非常嚴重。
第11—13齒,將基礎模型的齒部圓角由R0.5mm改為R0.55mm,改善滿刀加工改刀具帶來的巨大負擔,并實驗不同進給量,齒形很好。
第14—27齒,加工齒側(cè)、110°夾角面,實驗不同留量、不同加工策略、不同的加工區(qū)域選擇方法對加工效果的影響,改進加工方式提高加工效率,實驗不同刀具、參數(shù)加工效率降低刀具成本。
第28—31齒,精細控制各轉(zhuǎn)接處接刀,選擇合適的接刀位置。
第32—41齒,程序連續(xù)性實驗,根據(jù)之前的實驗效果,連續(xù)加工10齒,不用高速頭,主軸轉(zhuǎn)速9600r/min,進給200~340mm,切深切寬0.02~0.03mm,M刀路清根,加工效果良好,刀具磨損少。
第18齒試用了Φ0.5mmR0.25mmL6mm的球刀,但是由于刀具直徑太小,設備、冷卻等均無法滿足極小刀具加工要求,因此并不成功。
加工過程中采用油霧冷卻和氣冷結(jié)合方式,試驗后表明,長徑比大的刀具加工排熱是非常關鍵的,沒有及時排熱將嚴重影響模具質(zhì)量、刀具使用壽命。
實驗采用逐齒加工,測齒部跨棒距波動較大,說明刀具磨損較大。解決這個問題有兩種方法:(1)再反向走一遍程序;(2)逐層加工。由于后者耗時太長,因此采用了前一個辦法。
由于刀具太小,肉眼無法看出刀具磨損情況,當時對刀儀也沒到貨,因此采用了40倍和100倍的放大鏡來觀察,很清楚地就能看到刀具刃口情況。
4工藝路線定型及試驗結(jié)果
加工中心鋼齒環(huán)齒部工藝路線:開粗—二粗—三粗—一精—二精(清根)—三精,具體參數(shù)見表1。
通過多輪試驗最終加工出符合圖紙要求的尺寸,具體加工尺寸見表2。
5結(jié)束語
綜上所述,高速加工是一個要求適用于高速加工的加工中心、高性能刀具夾持系統(tǒng)、高速切削刀具、優(yōu)秀的UG軟件等的系統(tǒng)工程。而喬福DMC-912是一臺普通的三軸加工設備,通過多輪工藝試驗,利用現(xiàn)有設備發(fā)揮出機床最大價值,攻克了工藝難點。
工藝定型后每月生產(chǎn)鋼齒環(huán)齒模15件,模具壽命達4000~6000模次,每月可產(chǎn)鋼齒環(huán)60000件,基本滿足需求。該零件的模具外購3萬/件,現(xiàn)通過車間批量生產(chǎn)自制后,每件模具可產(chǎn)2萬/件鋼齒環(huán),每年可節(jié)約資本150萬元。——論文作者：劉科