蜗轮蜗杆传动箱体CAD/CAM工艺探讨

    异形减速机结构复杂，传动精度高，是特殊的蜗轮蜗杆传动。蜗杆作为主动轮，同时带动两个在空间上相互垂直的两个蜗轮，达到分离传动目的，轴与轴之间的相互位置精度与垂直精度要求较高，传动要平稳无噪音、这样要求轴承孔的孔径和孔的位置精度要求较高，而且其中一个轴承扎为肓孔，孔为φ110mm，一般刀具无法加工此深孔，因此对加工用的刀具和加工工艺安排要求严格。根据加工产品的要求，确定使用日本牧野公司生产的A55型卧式高速加工中心机床，刀具采用高强度高硬度的整体式硬质合金刀具，在加工时选择切削用量为：主轴转速8000r/min，进给速度2000mm/min，使单件加工整个箱体的时间控制在1h内，以满足高速、高效、高精度的加工目的，有效地减少加工成本和提高产品竞争力。

1 箱体工件分析

    如图l所示工件为六面立方体箱体，外形尺寸为171mmxl70mmxl44mm，材料为精铸铝合金，主要加工面由3个相互垂直的传动轴孔组成，其中孔系2、孔系3和两个传动轴孔为通孔，孔1为盲孔，尺寸深度为110mm，这给加工带来了不便，在选择刀具上及工件装夹上需要特殊要求。其它加工部分还包括各端面、辅助孔及各种紧固螺钉孔等。其中M25螺纹的底孔为精加工基准的定位孔，它与夹具支承座上的销钉配合定位。工件的尺寸公差及主要技术指标为：工件传动轴孔尺寸精度≤IT7级；位置度≤0.01mm；同轴度≤0.01mm；表面粗糙度≤Ra0.8。

2 加工设备选择

    因工件的6个面都要加工，要求保证3个传动轴孔的垂直度与同轴度要求，所以采用日本牧野公司生产的A55型高速卧式加工中心机床进行加工。此机床有2个交换式工作台，工作台B轴自身可以360°旋转，最小转角为5°。一次装夹后可以通过工作台旋转分别对工件的4个面进行一次性加工，保证了面与面之间的相对位置要求，减少多次装夹带来的定位误差，以提高产品的相互精度。

图1 箱体零件示意图

3 夹具设计与制造

    夹具的设计合理性直接影响产品的加工精度，夹具精度要稳定可靠，便于装卸，要充分考虑工序集中以减少装夹次数。通过分析此箱体加工的技术要求，采用3次装夹加工。根据工件的批量生产要求设计了专用夹具及装夹方法，如图2、图3所示。

    第一次装夹：用通用夹具压板及螺栓将夹具支座紧固在工作台上。工件以φ152内孔为粗定位基准，孔端面与支座端面贴合，在垂直方向进行准确定位，基准面用百分表找正后用螺杆螺母紧固工件。可同时加工工件4个面及为第二次装夹定位用的基准孔2-M25底径。

    第二次装夹：以工件上加工的2-M25孔为定位基准孔与夹具支座上的2个定位销配合作为精定位，限制工件的2个移动自由度和1个旋转自由度，使工件完全定位。然后用固定在支承座两侧上作台上的夹紧螺杆4和V型块5压紧工件，拧紧螺母9使压板11和V型块5压紧工件在支撑座上，加工90°面及270°面上的两个孔系。

    第三次装夹：工件及V型块5位置不动，将2个夹紧螺杆4和12及压板1l换向90°，准确定位后用螺母夹紧箱体，加工0°面及180°面上的另一个孔系见图4、图5。

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4 工件坐标系位置的设定

    加工此异形箱体工件需要设定多个坐标系，程序编写都应以相应坐标系作为基准，图4、图5分别表示相应两次装夹坐标系。

5 刀具选择、加工工艺及加工参数

    加工工艺顺序原则为“先粗后精，基面先行，先主后次，先面后孔”。端面加工工序采用粗铣-精铣，轴承孔采用高速粗铣-精铣(精镗)步骤。切削刀具采用了镶片式硬质合金铣刀用于高速粗加工，采用整体式硬质合金铣刀用于精加工，以便保证轴承孔径0~0.015mm的误差要求。在进行深轴承孔系1粗加工时，采用螺旋人刀高速进给切削方式，既提高效率又减少了加工工序。铝合金材料切削性能好、排屑顺畅，对刀具磨损较小，有利于提高产品质量，因此粗加工采用高速加工技术，切削速度为500mm/min，主轴转速8000r/nin。进给速度为2000mm/min，每层切削深度2mm，利于排屑及提高加工效率。

    工艺路线和工序编写要点如下：

    第一次装夹：B轴工作台旋转至0°位，粗加工、精加工轴承孔系2端面。B轴工作台旋转至180°位，粗加工、精加工A基准面。B轴工作台旋转至90°位，粗加工、精加工B基准面及M25底孔。B轴工作台旋转至270°位，粗加工、精加工B基准面对称端面。

    第二次装夹：B轴工作台旋转至90°位，粗加工、精加工轴承孔系1及轴承孔系2一侧端面及一侧轴承孔以及端面上其它螺纹孔。B轴工作台旋转至270°位，粗加工、精加下轴承孔系1及轴承孔系2另一侧端面及另一侧轴承孔以及端而一卜螺纹孔。

    第三次装夹：B轴工作台旋转至O°位，粗加工、精加工轴承孔系3一侧端面及一侧轴承孔以及而上其它螺纹孔。B轴工作台旋转至180°位，粗加工、精加工轴承孔系3另一侧端而及另一侧轴承孔以及而螺纹孔。

6 计算机辅助设计与辅助制造CAD/CAM

    采用计算机CAD/CAM软件进行三维造型如图6所示。利用软件进行工艺分析和加工轨迹仿真，以便准确编写加工程序，也可对加工过程中进行受力和刀具磨损分析，以精确保证产品的质量。

图6 计算机辅助编程

7 结论

    数控设备的引进和应用，对精确加工高精度产品提供了强有力的保障。同样，先进制造技术及工艺应用在生产实际中，也是非常重要的，只有两者都具备，才能加工出合格的高精度产品。上述探讨的加丁方法，夹持安全可靠、刀具选择合理、精加工与粗精加下分工明显，使之用最短的加工轨迹和切削时间，快速精确地加工出产品，同时，也为卧式加工中心切削类似箱体提供一个工艺参考。

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