超行程加工高精度齒條的解決方法

設(shè)備都有行程范圍，一般情況下只能加工行程范圍內(nèi)的零件，但對(duì)于一些特殊設(shè)備，由于使用率本身不是很高，再購(gòu)置一臺(tái)行程更大的設(shè)備屬于資源浪費(fèi)，現(xiàn)在需要在行程900mm的設(shè)備上加工1500mm的齒條，通過(guò)不斷的試驗(yàn)，如打表找正、模型固定重合找正等方法都不是很理想，最后通過(guò)齒距定位工裝加宏程序解決了這一加工難題。01序言由于設(shè)備行程有限，只能加工900mm以內(nèi)的齒條，現(xiàn)在想用這臺(tái)設(shè)備加工1500mm的齒條，和廠家聯(lián)系，給出的回復(fù)是重新購(gòu)置一臺(tái)大行程設(shè)備來(lái)滿足加工需求，性價(jià)比不高，因此決定采取分段加工的策略。由于齒條加工和其他設(shè)備分段加工有所不同，其他設(shè)備加工的零件允許有接刀印，而齒條加工不能出現(xiàn)一點(diǎn)誤差，稍有偏差前一段加工完成的齒就和后面加工的齒不重合，接刀位置出現(xiàn)臺(tái)階，整個(gè)齒條就會(huì)報(bào)廢。02加工難點(diǎn)分析2.1機(jī)床結(jié)構(gòu)分析該設(shè)備是一臺(tái)數(shù)控插齒機(jī)，可以加工齒輪和齒條兩種類型的零件，加工齒輪時(shí)靠B軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)一直朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，每次加工一定的齒深直到加工成形，不會(huì)存在反向間隙，如圖1所示。加工齒條時(shí)，在機(jī)床上放一個(gè)附加工作臺(tái)，從圖2可以看出，靠B軸旋轉(zhuǎn)通過(guò)蝸桿蝸輪傳動(dòng)，帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，傳動(dòng)鏈為蝸桿-蝸輪-蝸桿-蝸輪的傳遞形式，工作臺(tái)的移動(dòng)為往復(fù)加工，每次加工一定的深度，模數(shù)為8的齒條，需要加工7次才能加工成形，需要工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)7次。如果加工一根行程范圍內(nèi)的齒條，齒條齒面始終留有加工余量，即使機(jī)床有反向間隙也可以通過(guò)加工余量進(jìn)行調(diào)整，最后加工成形，但要是分段二次加工就必須把反向間隙誤差消除掉[1]，否則兩次加工無(wú)法完美過(guò)渡，出現(xiàn)接刀棱，如圖3所示。圖1數(shù)控插齒機(jī)YK5180的加工原理a）局部b）整體圖2設(shè)備傳動(dòng)示意圖3加工試驗(yàn)件接刀棱2.2編程模式分析設(shè)備自帶固定格式的編程模塊（見圖4），每次只能設(shè)置切削深度、齒條長(zhǎng)度、進(jìn)給速度和回退速度，模塊單一，解決不了第一段加工時(shí)，越到后期接刀位置（見圖5）余量越大的加工難題（此問(wèn)題曾造成刀具損壞），以及通過(guò)空行程移動(dòng)來(lái)解決反向間隙等問(wèn)題。圖4數(shù)控插齒機(jī)YK5180自帶模塊化編程軟件圖5接刀位置示意03解決方案3.1宏程序編程把原來(lái)用對(duì)話編程的方法，用編寫宏程序的方法代替[2]，解決了原來(lái)一成不變的格式，改得更靈活，不僅可以隨意選擇起刀點(diǎn)，增加移動(dòng)距離消除反向間隙，尤其是第二段加工進(jìn)刀位置，需要先消除反向間隙再進(jìn)刀加工，還可以在中間接刀位置每次退相應(yīng)的距離，防止與后面未加工的位置發(fā)生碰撞，解決了原來(lái)對(duì)話編程解決不了的關(guān)鍵問(wèn)題。新舊加工路線對(duì)比如圖6所示，齒條數(shù)控宏程序如圖7所示。a）舊加工路線b）新加工路線圖6新舊加工路線對(duì)比圖7齒條數(shù)控宏程序3.2工裝設(shè)計(jì)齒條的二次找正方法試驗(yàn)過(guò)程如下所述。（1）劃線找正＋對(duì)表微調(diào)法原理為：操作人員根據(jù)齒形對(duì)比在設(shè)備平臺(tái)上進(jìn)行劃線（根據(jù)計(jì)算值進(jìn)行劃線），然后在產(chǎn)品側(cè)面采用百分表找平產(chǎn)品，最后緊固齒條，加工試驗(yàn)件如圖8所示。圖8加工試驗(yàn)件（方法1）試驗(yàn)效果（見圖9）：存在大范圍的錯(cuò)齒現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)分析，導(dǎo)致錯(cuò)齒的原因?yàn)槿斯澗€誤差較大和操作人員技能不適應(yīng)此加工方案。圖9加工試驗(yàn)件效果（方法1）（2）簡(jiǎn)易工裝對(duì)齒＋對(duì)表微調(diào)法原理為：操作人員使用簡(jiǎn)易齒形定位工裝進(jìn)行對(duì)齒（過(guò)程為先將簡(jiǎn)易齒形定位工裝與第一段第一個(gè)齒對(duì)齊，固定住，將齒條松動(dòng)，移動(dòng)齒條直至第一段最后一個(gè)齒，也是第二段第一個(gè)齒，與簡(jiǎn)易齒形定位工裝對(duì)齊），之后在產(chǎn)品側(cè)面采用百分表找平產(chǎn)品，緊固齒條。具體如圖10～圖12所示。圖10加工過(guò)程效果

圖11加工試驗(yàn)件（方法2）圖12加工試驗(yàn)件效果（方法2）試驗(yàn)效果：局部有輕微錯(cuò)齒現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)分析，導(dǎo)致錯(cuò)齒的原因?yàn)槎ㄎ还ぱb精度滿足不了齒形加工精度要求[3]；人工移動(dòng)齒條，目視找平齒形，技能不滿足要求；此次加工中數(shù)控程序軌跡未考慮到機(jī)床傳動(dòng)間隙問(wèn)題，目前數(shù)控加工軌跡為加工一段后，傳動(dòng)系統(tǒng)歸零后直接進(jìn)行加工（原數(shù)控程序未考慮設(shè)備的間隙補(bǔ)償），也間接導(dǎo)致了加工錯(cuò)齒現(xiàn)象。（3）齒條二次找正、接刀快換專用工裝法綜合前兩次加工經(jīng)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)決定設(shè)計(jì)專用二次找正、接刀工裝。同時(shí)，考慮產(chǎn)品批量生產(chǎn)加工需要，借用球鎖快速換產(chǎn)原理（球鎖軸具備定位＋夾緊能力），在本工裝中設(shè)計(jì)、應(yīng)用球鎖定位。根據(jù)加工方案，數(shù)控插床加工齒形移動(dòng)距離為整數(shù)齒（每次移動(dòng)后都要保證一對(duì)齒在嚙合），因此移動(dòng)工件的距離必須是整數(shù)倍齒距（X軸），且工件在Y軸上不得有偏移。綜合各方要求，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了齒條二次找正、接刀快換專用工裝（見圖13）。a）設(shè)計(jì)

b）實(shí)物圖13齒條二次找正、接刀快換專用工裝（基礎(chǔ)板+夾具板）工裝生產(chǎn)完畢，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了加工試驗(yàn)，其基本過(guò)程為：在工作臺(tái)上裝配基礎(chǔ)板，再將齒條第一段裝配于工裝上。工裝和產(chǎn)品第一段在工作臺(tái)的正常行程內(nèi)加工（見圖14）；第一段加工完畢后，將夾具板（含第一段產(chǎn)品，不動(dòng)）移出工作臺(tái)行程，利用球鎖進(jìn)行定位（每3個(gè)球鎖完成一段定位），將第二段移入工作臺(tái)行程內(nèi)進(jìn)行加工（見圖15）。齒條加工完成如圖16、圖17所示。圖14齒條第一段加工中圖15齒條第二段加工中圖16齒條加工完成（拆卸后）

圖17齒條加工完成（局部）分析加工試件，發(fā)現(xiàn)齒條的齒形無(wú)錯(cuò)齒、臺(tái)階等異?，F(xiàn)象，符合圖樣要求。試驗(yàn)取得了成功。在后續(xù)的加工中未出現(xiàn)異常現(xiàn)象，為企業(yè)節(jié)省購(gòu)置新設(shè)備的費(fèi)用，并且在其他類似超出行程