加工曲轴用可转位车拉刀的CADCAM梅河口

加工曲轴用可转位车拉刀的CAD/CAM

加工曲轴用可转位车拉刀的CAD/CAM 2011： 1 引言可转位车拉刀具有加工效率高、加工质量好、刀具寿命长、换刀和调刀方便等优点，是目前汽车曲轴粗加工首选的先进刀具。我国汽车行业所用车拉刀长期依赖进口，由于价格昂贵，大大增加了曲轴的加工成本。为了实现可转位车拉刀的国产化，近年来国内多家企业相继开发了车拉刀产品，但由于可转位车拉刀结构复杂，技术含量高，制造难度大，对加工条件及加工精度要求严格(需在高精度五坐标数控机床上加工)，且多数采用操作者手动编程加工，因此造成刀具制造周期长，加工精度不易保证，废品率较高。 我公司利用SUN图形工作站及美国SDRC公司的I-deas软件，结合从德国引进的英格索尔MAX-I型可转位刀具设计理论，采用CAD/CAM技术成功解决了可转位车拉刀的设计制造难题，较好保证了国产可转位车拉刀的产品质量和加工效率。 2 车拉刀结构设计完整的车拉刀是由多个扇形车拉刀块在鼓轮上组装而成。下面以一个扇形车拉刀块为例，对车拉刀的CAD/CAM方法作一介绍。 针对曲轴加工切削余量大(约4～5mm)、轴径及侧壁宽度公差要求严格(粗加工+0.1mm，精加工+0.04mm)以及切削效率和表面粗糙度要求较高等特点，车拉刀的结构设计要点如下： 采用德国英格索尔MAX-I型立装铣刀结构。车拉刀的刀片呈切向排列，刀片用单个螺钉紧固，通过切削力夹紧。该刀具结构刀片转位方便、迅速，刀具配件少，可增加容屑空间和有效切削齿数。相对于平装刀片结构，立装刀片结构可增大刀片承受切削力的面积，即增大切削刃承受切削载荷的能力，从而可实现大进给、大切深的高效切削加工。 扇形车拉刀块前端采用可换式模块结构。车拉刀最前端的刀片承受的切削力和冲击载荷最大，因此该处的刀片及刀体最易发生磨钝、崩刃和破损。在车拉刀前端采用可换式模块结构，可在刀片或刀体发生破损时实现快速更换，从而缩短换刀周期，并有效保护其它刀片及刀体免受大载荷冲击。采用该结构可延长刀具使用寿命，节约生产成本，并能保证良好的加工精度。 刀片按齿升量排列。刀片按齿升量排列可实现对曲轴的分层切削，从而有效降低切削抗力，减轻曲轴加工时的弯曲现象，提高加工质量和切削效率。 圆周方向的刀片采用不等齿距排列，且将同一尺寸的一组刀片错开一个相位角，从而可减小切削振动，增加切削平稳性。 采用合理的几何角度和较高的尺寸精度要求。3 车拉刀CAD步骤根据用户提供的曲轴加工图，绘制出如图1所示的车拉刀分层切削线型图，并据此确定每层间距(即齿升量)和每层的径向尺寸及轴向宽度尺寸。前五组刀片用于粗加工，采用较大齿升量；后五个刀片用于保证曲轴加工精度，选用较小齿升量。图1 车拉刀分层切削线型图

以车拉刀分层切削线型图为基准进行线型分割，并绘制硬质合金刀片排列搭接图(见图1)。 根据刀片搭接图以及车拉刀的直径尺寸和扇面大小，确定车拉刀的有效切削齿数，并在扇形块区间内进行圆周分布，然后将车拉刀最前端的一组切削齿变为快换模块。 计算每个刀片的错位量，以形成落差值。计算公式为 x=0.5{Wb+C[D2/(Wb2 +C2)-1]½}式中：Wb——轴向截面上的刀片宽度 C——落差值 D——刀片所在圆的直径 由于每组刀片的直径尺寸各不相同，因此必须单独计算每组切削齿的错位值，然后将每组刀片转到车拉刀块扇形面上要求的位置处，并进行不等齿距排列。 将同一直径的两个同组刀片旋转错开一个相位角。 将每个刀片绕其端面侧刃旋转，产生一个侧刃后角a。 根据刀片位置确定容屑空间。由于车拉刀块上齿数较多，容屑空间相对较小，因此设计容屑槽时应尽可能增大容屑空间，并使其向排屑顺畅的方向开放一个角度。 确定安装结构、尺寸及车拉刀的尺寸精度。根据上述CAD步骤设计出的车拉刀结构如图2所示。图2 车拉刀的设计结构

图3 可转位车拉刀的程序编制流程图

4 车拉刀CAM步骤根据确定的结构方案及设计草图，用I-deas

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