基于加工中心的插齿槽开发设计

2013-10-24闫福明

制造技术与机床 2013年1期

闫福明

（包头铁道职业技术学院，内蒙古包头 014040）

在公司生产的高速列车动车组的零件批量生产中，中碗、三角支架（如图1，图2所示），材料为铸造铝合金，属薄壁异形件，18+0．0030mm尺寸与粗糙度Ra6.3 μm两处、135°两处需要采用插齿槽工艺进行加工，且与其他面、孔及槽需一次装卡定位，相互位置精度要求较高。这两件产品都是采用毛坯面定位。如果采用数控插床完成插齿槽工艺，还要购买数控插床，而且费用、成本较高;由于这两件产品都是采用毛坯面定位，分成两道工序加工，两次装卡定位工件的相互位置精度就无法保证，因此采用数控插床完成插齿槽工艺无法实现。经过方案论证，决定用加工中心插齿槽。

1 确定机床及加工工艺

确定机床规格:立式加工中心VDL－1000;数控系统:FANUC 0i－MD（具备主轴定向定位功能）。定位卡紧方式:两工件Z向采用毛坯平面定位。中碗工件水平面用两V形铁对两个半圆定位，工件里面高度空间较大，足够让出插刀缓冲的行程;三角支架零件水平面用两侧面定位，底面定位支承块加高，使得工件与卡具底板留50～60 mm空间，足够让出插刀缓冲的行程。卡紧都采用两端压板机械螺旋卡紧机构。卡具图略。

先加工平面及孔系，然后再插齿槽。

2 设计专用插刀

2．1 设计插刀专用刀柄

选择加工中心ER立铣刀柄为BT40－ER40－100，为了增加刀杆强度，刀杆选用直径20 mm刀杆，ER弹性筒夹选择为ER40－φ20。

插刀刀头材料:锋钢—钨高速钢（W18Cr4V），刀头尺寸18 mm×18 mm×120 mm，要求截面为正方形。插刀专用刀柄结构尺寸如图3所示。插刀专用刀柄分为刀柄心轴和锁紧套，刀柄心轴被夹持杆部尺寸为φ20f7，安装插刀的定位槽为 18H8，对称度为0.05 mm，锁紧套配合面为φ40H8/f7，要求配合精度高，粗糙度Ra3.2 μm，锁紧套用2个M10内六角螺钉紧固插刀刀头，这样保证了插刀刀头安装强度及在空间与XY平面的垂直度。

2．2 设计插刀安装原理，实施插齿工艺

两件不同的零件，一件要插成90°，一件要插成135°，如何既要简化插刀刀头结构，又能完成插齿工艺，这是插齿工艺难点，也是插刀设计难点。

（1）插中碗零件 18+0．0030mm齿槽时，要保证安装插刀刀头横刃与X轴的平行精度。插刀安装方式:先把插刀刀头紧固在插刀专用刀柄上，形成一个整体，再把这一整体与ER弹性筒夹ER40－φ20安装在ER立铣刀柄BT40－ER40－100上。插刀安装原理:为了保证插刀横刃与X轴平行，先执行M19主轴定位，再把ER立铣刀柄锁母松开，轻微转动，用杠杆百分表找正插刀刀头横刃与X轴平行，平行度为小于0.005 mm，这时锁紧ER立铣刀柄锁母，再复查平行度应小于0.005 mm。插刀刀头设计为单刃插刀，插刀结构、刀头的几何角度如图4所示。

（2）插三角支架零件齿槽时，粗糙度Ra6.3 μm两处要求插刀都插成135°的角度，保证安装插刀刀头横刃与某坐标轴的平行精度，即要求保证刀头横刃与某坐标轴成135°的角度精度。保证刀头横刃与某坐标轴成135°的角度精度，要加工两处，而且成对称结构，这意味着要设计两个135°的插刀。经过设计了几个方案反复试验、论证，最终确定了现在的双刃插刀方案，双刃插刀一次装卡完成两处135°的插齿任务。经过批量生产，此方案是成功的。插刀刀头设计为双刃插刀，插刀结构、刀头的几何角度如图5所示。

插刀安装方式:同上。插刀安装原理:插齿部位分别与坐标轴成135°，可以理解为90°+45°，零件被插齿的两立面即加工时双刃插刀的两平行横刃分别与Y轴或X轴成45°，这种情况双刃插刀安装上去无法实现与Y轴或X轴找平行。经过反复修改设计，设计出插刀找正器，如图6所示。用M6螺钉把插刀找正器水平固定在双刃插刀刀头上，把用杠杆百分表找正插刀刀头横刃与Y轴的平行度问题，转换为用杠杆百分表找正插刀找正器的某一基准侧面与Y轴的平行度问题（找正详细过程略）。图7为双刃插刀安装找正现场。