車刀銑削中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒技術(shù)

張志奇，柴曉榮，樊文淵，張慧杰，胡海燕，趙星星，申浩，唐天鵬

山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 山西長(zhǎng)治 046012

1 序言

端面齒常見于對(duì)接、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)中，為了連接牢固，要求該零件齒根圓角半徑＜0.2mm，在傳統(tǒng)加工中，采用滾齒無法滿足設(shè)計(jì)要求，改用線切割無法保證表面粗糙度要求，磨制成形刀銑削加工由于刀心線速度為0，刀具一接觸零件就會(huì)崩刃，因此成為加工中的棘手問題。典型中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒三維模型及示意如圖1、圖2所示。

圖2 典型中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒零件

2 加工分析

國(guó)內(nèi)外對(duì)中心發(fā)散圓環(huán)端面齒加工方法的研究很少，對(duì)于車刀銑削中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒的研究更是沒有提及。由于中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)加工方法加工端面齒，完成后都有缺陷。

2.1 端面銳根齒參數(shù)

典型中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒參數(shù)見表1。

表1 典型中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒參數(shù)

根據(jù)以上參數(shù)，分析該結(jié)構(gòu)的加工難點(diǎn)主要有以下兩處：一是端面齒的銳根難以清角加工；二是端面齒中心發(fā)散角度與齒形高精度尺寸復(fù)合的情況下，難以保證齒形位置及尺寸的準(zhǔn)確性[1]。

2.2 傳統(tǒng)加工方法分析

（1）線切割加工缺點(diǎn) 具體如下。

1）齒面有刀紋，表面粗糙度值Ra≥6.3μm。

2）齒面有電腐蝕層。

3）加工效率低。

（2）滾齒加工缺點(diǎn) 具體如下。

1）需采用滾齒機(jī)，定制專用77.3°滾刀進(jìn)行加工，但無法加工R＜1mm的齒根部圓角。

2）對(duì)于中小批量的生產(chǎn)，生產(chǎn)成本高。

（3）銑削加工缺點(diǎn) 具體如下。

1）采用銑齒專用刀具加工（見圖3）。

圖3 銑齒專用刀具

2）刀具中心線速度為0，因而在進(jìn)行加工時(shí)刀尖很容易崩刃。如果齒根部圓角R≥1mm尚可加工，但齒根部圓角R＜1mm則無法加工。

3 技術(shù)方案

針對(duì)背景技術(shù)的缺陷，采取內(nèi)孔車刀銑削端面齒、端面齒根部銳角銑削和多角度任意形狀端面銳根齒通用加工的復(fù)合措施，達(dá)到對(duì)中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒有效加工的目的。

3.1 方案內(nèi)容

基于以上技術(shù)分析及思路，設(shè)計(jì)技術(shù)方案的工藝流程如圖4所示。

圖4 中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒加工流程

3.2 主要工序具體內(nèi)容

（1）粗銑端面齒 具體如下。

1）回轉(zhuǎn)卡盤裝夾圓環(huán)內(nèi)圓。

2）在銑鏜加工中心上編制數(shù)控程序[2]，采用35°內(nèi)孔切槽車刀（刀尖圓角R0.4～R0.8m m）裝夾在主軸上，主軸與端面齒中心線擺正切削角度，主軸回轉(zhuǎn)，35°內(nèi)孔切槽車刀做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在圓環(huán)表面斷續(xù)切削，完成一個(gè)端面齒粗加工。轉(zhuǎn)速（2200±200）r/min，進(jìn)給速度（500±100）mm/min。端面齒粗加工后，齒側(cè)面留余量0.1～0.2mm，齒根部留余量R0.4～R0.8mm。

3）回轉(zhuǎn)卡盤旋轉(zhuǎn)一個(gè)端面齒分度值，按照上述2）中切削方法及參數(shù)完成又一個(gè)端面齒粗加工。依此方法，順序完成所有端面齒粗加工。

（2）精銑端面齒 具體如下。

1）編制數(shù)控程序，采用35°內(nèi)孔切槽車刀（刀尖圓角0～R0.2mm）裝夾在主軸上，主軸與端面齒左側(cè)面擺正切削角度，主軸回轉(zhuǎn)，35°內(nèi)孔切槽車刀做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在圓環(huán)表面斷續(xù)切削，轉(zhuǎn)速為（4000±200）r/min，進(jìn)給速度為（1000±200）mm/min。

2）回轉(zhuǎn)卡盤旋轉(zhuǎn)一個(gè)端面齒分度值，按上述1）中切削方法及參數(shù)完成又一個(gè)端面齒左側(cè)面精加工。依此方法，順序完成所有端面齒左側(cè)面精加工。

3）主軸與端面齒右側(cè)面擺正切削角度[3]，主軸回轉(zhuǎn)，35°內(nèi)孔切槽車刀做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在圓環(huán)表面斷續(xù)切削。轉(zhuǎn)速為（4000±200）r/min，進(jìn)給速度為（1000±200）mm/min。

4）回轉(zhuǎn)卡盤旋轉(zhuǎn)一個(gè)端面齒分度值，按上述3）中切削方法及參數(shù)完成又一個(gè)端面齒右側(cè)面精加工。依此方法，順序完成所有端面齒右側(cè)面精加工。

3.3 加工步驟

1）粗銑端面齒，加工刀具——35°內(nèi)孔車刀如圖5所示，加工過程如圖6所示。

圖5 35°內(nèi)孔車刀

圖6 35°內(nèi)孔車刀粗銑端面齒

2）精銑端面齒，加工過程如圖7所示，車刀銑削后成品如圖8所示。

圖7 35°內(nèi)孔車刀精銑端面齒示意

圖8 35°內(nèi)孔車刀精銑端面齒

4 加工效果

由于本方法可使中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒的加工由難變易，因而可使本技術(shù)在端面銳根齒機(jī)械構(gòu)件的加工中大范圍應(yīng)用。本發(fā)明適用于35°及以上角度、任意形狀的端面銳根齒機(jī)械構(gòu)件加工。典型中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒加工效果如圖9所示，參數(shù)見表2。

圖9 典型中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒加工效果

表2 典型中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒加工效果參數(shù)

由以上圖表可知，典型中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒按照車刀銑削中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒加工流程加工后，達(dá)到了技術(shù)要求。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）內(nèi)孔切槽車刀銑削端面齒技術(shù) 采取銑鏜加工中心裝夾35°內(nèi)孔切槽車刀、車刀斷續(xù)切削端面齒等綜合工藝措施，實(shí)現(xiàn)了中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒的有效加工，保證了端面銳根齒的尺寸公差、幾何公差及表面粗糙度。

（2）端面齒根部銳角銑削技術(shù) 采取35°內(nèi)孔切槽車刀的大刀尖圓角刀片、小刀尖圓角刀片復(fù)合銑削工藝，實(shí)現(xiàn)了端面齒根部銳角的有效銑削清角，保證了端面齒根部銳角的準(zhǔn)確成形。

（3）多角度任意形狀端面銳根齒通用加工技術(shù) 采取銑鏜加工中心驅(qū)動(dòng)小角度（35°及以上角度）內(nèi)孔切槽車刀復(fù)合銑削工藝，實(shí)現(xiàn)了使用一種兩把35°內(nèi)孔切槽車刀即可完成35°及以上角度、任意形狀端面銳根齒的有效加工，保證了35°及以上角度的多角度、任意形狀端面銳根齒的通用加工。

（4）中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒加工方法改進(jìn)后可實(shí)現(xiàn)多種加工 ①35°及以上角度、任意形狀端面銳根齒的一次切削成形，無需再對(duì)齒形進(jìn)行后加工。②端面銳根齒面的表面粗糙度值Ra可達(dá)1.6～3.2μm。③端面銳根齒部圓角≥0mm的有效加工。④加工效率可達(dá)線切割的20倍。⑤加工成本低廉，適合于各種生產(chǎn)當(dāng)量。

6 結(jié)束語

在端面齒加工中，通過分析線切割、滾齒、銑削等背景技術(shù)的不足，選擇五軸加工中心裝夾35°內(nèi)孔車刀的辦法，解決了端面齒的有效加工，并且保證了中心發(fā)散圓環(huán)端面銳根齒的精確加工。在生產(chǎn)中，該方法已在同類型零件的加工中得到應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。