膠囊生產(chǎn)線齒輪軸支架的數(shù)控加工

申賓德，陳佰旺

(武威職業(yè)學(xué)院，甘肅 武威 733000)

0 引言

支架在機械設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，文中的支架是一種膠囊生產(chǎn)線套合自動機主機頭齒輪軸支架。整個齒輪軸支架以及其他支架和附件，都安裝在膠囊套合自動機主機頭托板上。主機頭托板在垂直方向做上下往復(fù)運動，齒輪軸支架上安裝著控制膠囊長度的頂桿，齒輪軸支架和頂桿在水平方向做左右快速往復(fù)運動。整個機構(gòu)負責(zé)膠囊的切割及套合。支架的精度及質(zhì)量直接決定著膠囊的套合質(zhì)量和設(shè)備的運行性能。

1 原始支架的材料更換

在此之前齒輪軸支架用鑄鋼通過鑄造形成毛坯，在數(shù)控加工中心上，用高精度平口鉗多次裝夾，完成整個支架的精加工。

1.1 鑄件材料分析

鑄件的力學(xué)性能較差，切削性能低，易變形，生產(chǎn)周期長，整個材料的利用率低，增加了生產(chǎn)成本，并且多次裝夾很難保證工件的形位公差及支架的整體精度?？蛻舴答伳z囊套合自動機在運行的過程中噪聲大，對上下傳動的齒條磨損嚴重，提供動力源的伺服電機容易過載。通過對設(shè)備的多次拆裝分析后發(fā)現(xiàn)，是由于支架質(zhì)量過大所致。為了解決這一問題，決定更換支架的材料以及加工方法。

1.2 材料的更換

經(jīng)過多次試驗分析，最終采用7075鋁合金作為替換材料。7075鋁合金在切削性能上比鑄鋼好，易于加工，并且相同時間內(nèi)7075鋁合金對刀具的磨損遠遠小于鑄鋼，細小晶粒結(jié)構(gòu)使它具有更好的鉆孔性能，7075鋁合金還具有良好的力學(xué)性能及陽極反應(yīng)，同時7075鋁合金的抗氧化性、耐腐蝕性、耐磨性都高于鑄鋼，并且在150℃以下有高強度等特點，完全滿足設(shè)備的運行要求[1]。

2 改進后的加工工藝與方法

異形支架傳統(tǒng)的加工方法是用鑄造的半成品進行精加工，在沒有專用夾具的情況下要多次裝夾，不但給數(shù)控加工者帶來了一定的難度，而且加工效率低。本文以伺服膠囊自動機齒輪軸支架為例(圖1)，結(jié)合批量生產(chǎn)需要，介紹一種“裁剪法”的數(shù)控加工工藝與編程。

圖1 齒輪軸支架

2.1 改進后的加工工藝與方法

根據(jù)齒輪軸支架的特點，選用650mm×200mm×45mm的7075鋁合金板做毛坯。將鋁板毛坯按照圖樣要求銑到35mm。對銑面采用大板材銑削法，大板材類零件的表面加工采用新型特制夾具組合精密定位裝夾方法(圖2)進行加工，必須要用面銑刀分層，反復(fù)翻面進行，最后要留精加工余量，對上下表面分別實現(xiàn)精銑加工。精加工余量可根據(jù)零件的變形量和形位公差要求確定。需要注意的是，對鋁板毛坯進行面銑精加工時，由于銑削量不大，工件受到的銑削力很小，因此楔斜擠塊的夾緊力不宜太大，以免工件受擠壓力而變形，影響加工精度。

圖2 新型特制組合夾具

2.2 支架的工藝安排

7075鋁合金硬度相對較低，容易粘刀和產(chǎn)生積屑瘤。根據(jù)上述特點，加工刀具應(yīng)選用耐熱性高的刀具，一般選用YN10合金三刃銑鋁專用刀。在相同條件下，一般鋁合金的切削速度比普通碳素鋼切削速度高40%～50%。主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)在3 200r/min～5 000r/min之間，避免刀具溫度過高；進給速度F≤4 500mm/min，避免應(yīng)力釋放不均而發(fā)生形變。切削液要求有良好的潤滑性和冷卻性，可用極壓添加劑切削液或乳化液切削液。

“裁剪法”加工是在一次裝夾中完成工件的所有輪廓加工。圖3是全自動伺服膠囊機齒輪軸支架的正、反兩面實體圖。將已加工完厚度的毛坯鋁板壓在軟工作臺上，圖4所示為毛坯壓制方法和工件排版。一次加工一對，更有利于膠囊套合自動機的膠囊套合精度。壓板位置要合理選擇，可以在鋁板上用記號筆畫出零件外輪廓草圖，確保壓板與刀具無干涉。用銅棒輕輕敲擊毛坯，讓毛坯與軟工作臺完全貼合并找正，把壓板壓緊。然后進行編程加工，這樣相對于傳統(tǒng)的加工方法不但節(jié)省了加工成本，而且提高了工件的形位精度，同時也提高了加工效率。

圖3 支架實體圖

圖4 毛坯壓制方法和工件排版

2.3 編程與加工

本文選用MasterCAM2018進行編程，機床為FANUC-MD系統(tǒng)數(shù)控加工中心。x軸、y軸的編程原點確定在毛坯中心，z軸的零點以工作臺表面為基準，其刀具參數(shù)選擇如表1所示[2]。

表1 刀具參數(shù)表

按照加工工藝學(xué)先面后孔的原則，先加工支架裝配面。為了提高加工效率，選用MasterCAM動態(tài)銑削粗加工[3]，此過程中應(yīng)注意刀具的冷卻，最好采用壓縮空氣冷卻，因為液體冷卻會使切屑在工件腔體內(nèi)堆積，造成工件表面粗糙、發(fā)生粘刀等問題。在動態(tài)銑削編程時，壁邊精加工余量和底部精加工余量應(yīng)>0.8mm，為了防止動態(tài)銑削時刀具發(fā)生過切，采用圖5所示支架動態(tài)銑削部分加工參數(shù)(圖5(a))和刀具路徑(圖5(b))。動態(tài)銑削深度為17.5mm。

圖5 支架動態(tài)銑削部分加工參數(shù)和刀具路徑

孔加工首先用φ14mm的麻花鉆鉆底孔，再用φ10mm的三刃銑鋁合金刀粗加工，進給速度F=1 500 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速n=2 800r/min，預(yù)留精加工余量0.1mm；精銑孔時用五刃立銑刀，進給速度F=1 000mm/min，主軸轉(zhuǎn)速n=3 500r/min。粗精銑孔進給速度按照孔徑的大小來決定，孔徑越小進給速度應(yīng)越低，銑削方式為螺旋銑削，深度為35.0mm。

螺紋底孔按照常規(guī)方法鉆削，加工完工件配合面及孔之后，再銑削工件外形。外形銑削用“裁剪法”加工，在整塊板材上直接銑削零件外形，此加工階段是整個支架加工過程中的重要環(huán)節(jié)。為了確保工件外形尺寸公差，分別采用粗、精加工[4]。粗加工時，壁邊可按照常規(guī)加工，留0.1mm～0.3mm預(yù)留量，但是底部預(yù)留量應(yīng)在0.5mm～1.0mm之間，保證工件能夠和毛坯牢固地相連，否則會在精加工時工件發(fā)生輕微移動或上翹，導(dǎo)致工件外形尺寸無法保證或過切，外形粗加工預(yù)留量參數(shù)如圖6所示；在精加工時，吃刀量不易太大,并且底部也要留有0.1mm～0.2mm的預(yù)留量，避免在最后一刀走完時，工件直接脫離毛坯而發(fā)生撞刀，外形精加工預(yù)留量參數(shù)如圖7所示。

圖6 裁剪銑削粗加工預(yù)留量

圖7 裁剪銑削精加工預(yù)留量

所有程序編制完成后進行仿真。圖8為仿真效果圖[5]。仿真無誤后方可進行加工，待加工完成時，拆下工件和剩余毛坯，在毛坯背面輕輕敲下工件去掉毛刺，形成成品工件，如圖9所示。

圖8 仿真效果圖

圖9 成品工件

3 測量與檢驗

用三坐標對工件進行測量，所有尺寸都合格。把改進后的支架裝配在設(shè)備上調(diào)試，明顯地減小了設(shè)備運行時的噪聲，伺服電機負載明顯降低。通過膠囊生產(chǎn)廠家實際情況反饋，整體設(shè)備性能明顯提高，膠囊套合合格率達到90%。

4 結(jié)語

文中論述了全自動伺服膠囊機齒輪軸支架的數(shù)控加工及工藝改進，并針對此類支架特點，提出合理的加工方案，并已經(jīng)在實際生產(chǎn)中批量使用，尤其是采用了板料“裁剪法”的加工方法，只需要一次裝夾，避免了異形支架加工時多次裝夾和重復(fù)找正帶來的誤差，縮短了加工周期，提高了加工效率，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。文中思路和方法對同類異形支架零件的數(shù)控加工具有通用性和可借鑒性。