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某運輸齒條零件圖及工藝

該齒條零件是某木材切割設(shè)備中的輸送部件，在工作過程中靠齒面摩擦帶動木板投入切削。

為保證齒面與板材均勻接觸，對齒頂面平面度和齒頂?shù)降撞堪惭b平面的尺寸精度都有較高的要求。該零件屬于易損件，需要定期批量更換，對批量加工的精度和效率也有較高的要求。

擬定工藝路線：該零件為鑄造毛坯，如圖1所示。

毛坯已鑄出斜齒和一些主要結(jié)構(gòu)，需要對齒頂面、兩側(cè)面、底面各部進行加工。

根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)特點，初步擬定加工順序為：銑側(cè)面（直）→銑齒面→銑側(cè)面（75°斜面）→銑底面各部→銑齒面三角槽→鉆孔。

夾具設(shè)計

該零件大部分工序內(nèi)容為銑削工序，為了提高批量生產(chǎn)效率，需要應(yīng)用軟件為銑齒頂面、銑兩側(cè)面、銑底面工序設(shè)計3套專用夾具。

1. 銑齒頂面夾具

如圖3所示，銑齒頂面夾具由底板、等高塊、對中塊、限位塊、壓緊螺栓等零件組成，一次可安裝2個工件。底板上設(shè)計有2個定位鍵槽，安裝時定位鍵與工作臺T型槽配合，保證夾具定位的準確。底板通過螺栓固定在工作臺上。

夾具中有等高塊、對中塊、限位塊3組定位元件。等高塊與零件底部接觸，限制工件沿Z軸平移、繞Y軸旋轉(zhuǎn)兩個自由度；對中塊與工件側(cè)面接觸，限制沿Y軸平移、繞X軸旋轉(zhuǎn)、繞Z軸旋轉(zhuǎn)3個自由度；限位塊與工件端面接觸，限制沿X軸平移1個自由度。

通過3組定位元件，完全限制工件的6個自由度，實現(xiàn)完全定位。夾具安裝完成后，對定位元件表面進行一次走刀加工，可保證各定位元件構(gòu)成的坐標系與機床坐標系完全統(tǒng)一。

2. 銑兩側(cè)面夾具

如圖3所示，銑兩側(cè)面夾具由底板、對中塊、限位塊、壓緊螺栓等零件組成，先后用于兩道銑側(cè)面的加工工序，一次可安裝2個工件。

其定位原理與上述的銑齒頂面夾具基本相同，定位元件由底板、對中塊、限位塊組成。底板限制沿Z軸移動及繞Y軸旋轉(zhuǎn)2個自由度；對中塊限制沿Y軸平移、繞X軸和Z軸旋轉(zhuǎn)3個自由度。

夾具安裝完后，用立銑刀側(cè)刃對對中塊側(cè)壁進行一次走刀加工，可保證對中塊完全與機床Y軸方向平行。

但這里會出現(xiàn)個問題，在進行側(cè)面（75°斜面）銑削工序中，齒面會產(chǎn)生大量毛刺，通過鉗工工序可以將毛刺去除，但無法保證所有細小的毛刺都被徹底清除，這些毛刺會對定位產(chǎn)生嚴重影響，那應(yīng)該如何解決毛刺問題？

3. 銑底面夾具

如圖5所示，銑底面夾具由底板、壓板夾緊裝置、偏心夾緊裝置等部件組成，一次可安裝4個工件。

為簡化夾具結(jié)構(gòu)、提高精度，銑底面夾具的主定位基準（底面）和輔助定位基準（側(cè)面）直接在底板上銑削加工出來。

底面限制沿Z軸平移、繞X軸和Y軸旋轉(zhuǎn)3個自由度；側(cè)面限制沿Y軸平移、繞Z軸旋轉(zhuǎn)2個自由度。

為使工件底面各部可在一次安裝中全部加工完成，則沿X軸平移方向無法安排定位元件，故在安裝中使用測量塊確定工件端面與夾具凹槽側(cè)壁之間的距離，工件夾緊后撤走測量塊，并沿Z軸方向及沿Y軸方向設(shè)計了壓板夾緊裝置和偏心夾緊裝置，夾緊力指向主定位基準（底面）與輔助定位基準（側(cè)面），提高了定位的可靠性。

而在解決毛刺的問題上，銑底面夾具的設(shè)計做到了，在主定位基準（底面）兩側(cè)設(shè)計凹槽，突出的毛刺在安裝中會陷在凹槽中，就不會對定位產(chǎn)生影響了。

毛刺控制

1. 刀具的磨損程度會直接影響毛刺的產(chǎn)生；

2. 當毛刺過多、過大且在切削過程中伴有火星產(chǎn)生時，應(yīng)及時更換刀片；

3. 在各道工序中，還應(yīng)充分考慮到毛刺的方向；

4. 當毛刺影響到下道工序定位面時，必須徹底去除，避免影響定位精度。

在設(shè)定走刀路徑時，可以根據(jù)刀具旋轉(zhuǎn)和走刀方向，將毛刺的方向指向待加工表面，這樣既可以避免毛刺對定位基準的影響，又可以將毛刺在下一道工序中被切除、減少去除毛刺工作量。

變形與振動控制

該零件在工作中承擔木板的輸送功能，其齒頂面平面度要求小于0.05mm。工件在裝夾時Z軸（垂直）方向的兩定位面跨度較大，容易在切削力的作用下引起過大的彎曲變形。通過有限元分析的方法計算切削變形程度，進而調(diào)整工藝參數(shù)。

1. 有限元靜力分析

從齒條的結(jié)構(gòu)上可以分析出，其定位和夾緊面在兩端，中間懸空的跨度較大，當銑削到中間位置時變形將達到最大，故取此處作為分析位置。將三維模型導入Simulation有限元靜力分析模塊，按實際情況加載邊界條件，包括：約束、切削載荷等。

通過分析得出Z軸方向最大位移為0.086mm，不能滿足平面度0.05mm的要求。為降低切削力，減少工件變形，采用減小背吃刀量的方法。在銑齒頂面工序中安排粗銑和精銑兩次走刀，吃刀量分別為0.8mm、0.2mm。

通過再次分析計算，精銑最大變形量小于0.02mm，滿足精度要求；粗銑最大變形量雖約為0.06mm，但此誤差可在精銑中被去除。

2. 振動分析

齒條在加工過程中一旦發(fā)生共振，工件表面出現(xiàn)會出現(xiàn)“彈刀紋”，影響表面質(zhì)量。控制共振必須使工件的固有頻率遠離激振頻率，而激振頻率遠遠低于工件固有頻率，不會發(fā)生“彈刀”現(xiàn)象。

運用Simulation有限元模態(tài)分析模塊，按工作情況加載約束、載荷等邊界條件，計算得出其前3階固有頻率分別為638Hz、1533Hz、1761Hz。在切削過程中，激振頻率有主軸轉(zhuǎn)動及刀片切削產(chǎn)生的振動。

3.程序編制及干涉檢查

將三維模型導入中SolidCAM自動編程模塊，按實際工藝情況設(shè)定毛坯、工件原點、夾具、刀具、切削方法等內(nèi)容，生成數(shù)控加工程序，通過仿真模擬，可以直觀地掌握加工情況，并檢查刀具是否與工件或夾具發(fā)生干涉、工作臺移動是否超程。

3套夾具仿真加工結(jié)果如圖6所示。