毛刺問題,，通過solidworks教你解決

一往冇前

某運輸齒條零件圖及工藝

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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。

圖1 齒條零件圖

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

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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(zhǔn)確,。底板通過螺栓固定在工作臺上。

圖2 銑齒頂面夾具

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(biāo)系與機床坐標(biāo)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,。

圖3 銑兩側(cè)面夾具

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,。

圖4 銑底面夾具

為簡化夾具結(jié)構(gòu),、提高精度，銑底面夾具的主定位基準(zhǔn)（底面）和輔助定位基準(zhǔn)（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(zhǔn)（底面）與輔助定位基準(zhǔn)（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(zhǔn)（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

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1. 刀具的磨損程度會直接影響毛刺的產(chǎn)生,；

2. 當(dāng)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(dāng)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(zhǔn)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(dān)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(dāng)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(dǎo)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,。

圖5 按中等網(wǎng)格大小進行劃分的有限元靜力分析

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�,？刂乒舱癖仨毷构ぜ�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(dǎo)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,。

圖6 SolidCAM仿真加工

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