CN101780640A - 一种机械零件的加工方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械零件的加工方法，其中工件通过变换两个夹持部件进行加工，由前一个夹持部件进行夹持变换到由后一个夹持部件进行夹持的过程中始终沿着同一条直线移动；实现该方法的夹具包括第一卡盘、第二卡盘，第一卡盘沿C轴旋转；第二卡盘可沿C2轴旋转，C轴与C2轴轴心线位于同一条直线上，同向同速转动，C2轴沿其轴心线方向前后移动，夹持单元安装在加工设备上。本发明利用一次装夹技术能连续完成机械零件的多个切削工序的加工，使零件生产从毛坯到成品的全部加工阶段，缩短了产品生产周期；同时，一次装夹也完全避免了生产中人为因素的影响，从根本上克服了找正定位误差及工序误差的累积，从而显著提高了加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械零件的加工方法，特别是一种齿轮的加工方法，以及实施该加工方法的夹持单元和加工设备。
背景技术
在传统加工工艺中，传动齿轮的加工方法主要有铣、插、滚、磨等工序，其切削加工包括如下步骤：
步骤一：毛坯制备，包括毛坯锻造、正火、粗车、调质等工序；
步骤二：齿坯加工，从粗车氧化皮到切齿前的所有工序，包括粗车去氧化皮、精车、粗磨，
步骤三：切齿加工，主要有铣齿、滚齿、插齿、剃齿等齿面加工；
步骤四：辅助工序，切齿后倒角、倒圆、去毛刺等辅助工序；
步骤五：齿面硬化，高频淬火、渗碳淬火、渗氮等热处理工序；
步骤六：基准及齿形整修，修正因齿面硬化而引起定位基准及齿面的变形；
以下对以采用传统工艺加工高精度齿轮进行简要说明：
参照附图7所示：加工如下要求的高精度齿轮，
材料：40Cr(齿部：G52)；模数：3.5；齿数：63；精度等级：6级；基本极限偏差：+/-0.0065；齿形公差：0.007；齿向公差：0.007；公法线平均长度：70.130-0.05；跨齿数：7。
整个过程涉及十几道工序，经多个工艺设备进行加工，生产效率低下，完全靠操作员的实践经验及感官进行加工，累积误差大，产品合格率低。而随着工艺技术的发展，对传动零部件，尤其是齿轮等传动零件提出了越来越高的尺寸及形位精度要求，基本达到微米级。若采用以上传统加工方法加工该类高精度零件，多次工序调配，重新定位、装夹均会影响零件加工精度和质量。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高效率的机械零件加工方法；本发明的第二目的是提供一种高效率的齿轮的加工方法；本发明的第三目的是提供一种能实施上述加工方法的夹持单元；本发明的第四目的是提供一种装配有上述夹持单元的加工设备。
为了达到以上发明的第一目的，本发明采用如下技术方案：
一种机械零件的加工方法，该加工方法包括如下步骤
(1)、利用一夹持部件将待加工的机械零件夹持住，夹持后，所述的机械零件分为被所述的夹持部件夹持的夹持部分和未被所述的夹持部件夹持的未夹持部分，首先对该机械零件上的未夹持部分进行机加工；
(2)、待步骤(1)中的未夹持部分的机加工完成后，利用另一个夹持部件对所述的机械零件重新进行夹持，所述的机械零件在由前一个夹持部件进行夹持变换到由后一个夹持部件进行夹持的过程中始终沿着同一条直线移动，并且后一个夹持部件夹持所述的机械零件上已完成机加工的部分，所述的机械零件上未被机加工的部分露出；
(3)、对该机械零件上未被机加工的部分进行机加工，直至完成整个机械零件的加工。
该技术方案中，优选地，在所述的步骤(2)中，所述的机械零件沿着其轴心线所在的直线移动。
为了达到以上发明的第二目的，本发明采用的方案是：
一种齿轮的加工方法，该齿轮的加工方法包括以下工序：工序一：齿轮毛坯制备，工序二：齿轮毛坯加工，工序三：切齿加工，工序四：齿面硬化，工序五：基准及齿形整修，其中：在所述的工序一完成后，利用一夹持部件将待加工的齿轮毛坯夹持住，夹持后，所述的齿轮毛坯分为被所述的夹持部件夹持的夹持部分和未被所述的夹持部分夹持的未夹持部件，首先对该齿轮毛坯上的未夹持部件进行工序二到工序五的加工；待将所述的齿轮毛坯上的未夹持部分加工完成后，利用另一个夹持部件对所述的齿轮毛坯重新进行夹持，所述的齿轮毛坯在由前一个夹持部件进行夹持变换到由后一个夹持部件进行夹持的过程中始终沿着齿轮的轴心线所在的直线移动，并且后一个夹持部件夹持所述的齿轮毛坯上已完成工序二到工序五的加工，所述的齿轮毛坯上未被进行加工的部分露出；对该齿轮毛坯上未被加工的部分进行工序二到工序五的加工，直至完成整个齿轮毛坯的加工。
为了达到以上发明的第三目的，本发明采用的方案是：
一种能实施所述的机械零件的加工方法的夹持单元，该夹持单元包括用于对机械零件进行夹持的第一卡盘、与用于对机械零件进行夹持的第二卡盘，所述的第一卡盘可沿C轴旋转；所述的第二卡盘可沿C2轴旋转，所述的C轴的轴心线与C2轴的轴心线位于同一条直线上，所述的C轴与C2轴的同向同速转动，所述的C2轴可沿其轴心线方向前后移动，从而使得所述的第二卡盘可相对所述的第一卡盘做前后移动。
优选地，所述的C2轴连接有一移动轴，所述的移动轴带动所述的C2轴可沿其轴心线方向前后移动。
为了达到以上发明的第四目的，本发明采用的方案是：
一种机械零件的加工设备，该加工设备包括机架，所述的机架上安装有夹持单元和加工单元，所述的夹持单元包括用于对机械零件进行夹持的第一卡盘、用于对机械零件进行夹持的第二卡盘，所述的第一卡盘可沿C轴旋转；所述的第二卡盘可沿C2轴旋转，所述的C轴的轴心线与C2轴的轴心线位于同一条直线上，所述的C轴与C2轴的同向同速转动，所述的C2轴可沿其轴心线方向前后移动，从而使得所述的第二卡盘可相对所述的第一卡盘做前后移动；所述的加工单元包括刀架，放置在所述的刀架上的至少一把刀具，所述的刀架可带动所述的刀具沿X轴、Y轴、Z轴方向线性移动。
在该技术方案中，优选地，所述的刀架可带动所述的刀具沿B轴绕其轴心线方向旋转。
在该技术方案中，优选地，所述的C2轴连接有一移动轴W轴，所述的W轴带动所述的C2轴可沿其轴心线方向移动，所述的W轴与所述的Z轴相平行。
通过上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的加工方法或加工设备利用一次装夹技术能连续完成机械零件的多个切削工序的加工，使零件生产从毛坯到成品的全部加工阶段，完全可以由此加工设备完成，大大缩短了产品生产周期；此外，一次装夹也完全避免了生产中人为因素的影响，从根本上克服了找正定位误差及工序误差的累积，从而显著提高了加工精度。
附图说明
附图1为本发明的加工设备的示意图；
附图2为本发明的夹持单元的工作示意图一；
附图3为本发明的夹持单元的工作示意图二；
附图4为本发明的夹持单元的工作示意图三；
附图5为本发明的夹持单元的工作示意图四；
附图6为本发明实施例1中待加工的准双曲面齿轮主视图；
附图7为本发明实施例1中待加工的准双曲面齿轮右视图；
附图8为本发明实施例2中待加工的滚削准双曲面齿轮主视图；
附图9为本发明实施例2中待加工的滚削准双曲面齿轮右视图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的具体结构：
一种机械零件的加工方法，该加工方法包括如下步骤：
(1)、利用一夹持部件将待加工的机械零件夹持住，夹持后，机械零件分为被夹持部件夹持的夹持部分和未被夹持部件夹持的未夹持部分，首先对该机械零件上的未夹持部分进行机加工；
(2)、待步骤(1)中的未夹持部分的机加工完成后，利用另一个夹持部件对机械零件重新进行夹持，机械零件在由前一个夹持部件进行夹持变换到由后一个夹持部件进行夹持的过程中始终沿着同一条直线移动，并且后一个夹持部件夹持机械零件上已完成机加工的部分，机械零件上未被机加工的部分露出；其中，机械零件也沿着其轴心线所在的直线移动；
(3)、对该机械零件上未被机加工的部分进行机加工，直至完成整个机械零件的加工。
该加工方法针对的机械零件可涉及斜齿轮、圆弧齿轮、锥齿轮、准双曲面齿轮等，或渐开线花键、蜗(轮)杆、带轮、链轮、棘轮等复杂传动部件。对机械零件的机加工也可包括车、铣、钻、铰、镗、滚、插、攻丝等。
为了能实施上述的机械零件的加工方法，现采用一夹持单元，该夹持单元包括用于对机械零件进行夹持的第一卡盘、与用于对机械零件进行夹持的第二卡盘，第一卡盘可沿C轴旋转；第二卡盘可沿C2轴旋转，C轴的轴心线与C2轴的轴心线位于同一条直线上，C轴与C2轴的同向同速转动，C2轴可沿其轴心线方向前后移动，从而使得第二卡盘可相对第一卡盘做前后移动。
上述的夹持单元可安装在如附图1所示的加工设备上，该加工设备包括机架，机架上安装有夹持单元和加工单元，夹持单元包括用于对机械零件进行夹持的第一卡盘、用于对机械零件进行夹持的第二卡盘，第一卡盘可沿C轴旋转；第二卡盘可沿C2轴旋转，C轴的轴心线与C2轴的轴心线位于同一条直线上，C轴与C2轴的同向同速转动，C2轴可沿其轴心线方向前后移动，从而使得第二卡盘可相对第一卡盘做前后移动；加工单元包括刀架，放置在刀架上的至少一把刀具，刀架可带动刀具沿X轴、Y轴、Z轴方向线性移动。刀架可带动刀具沿B轴绕Y轴旋转，或以Y轴为中心进行摆动。C2轴连接有一移动轴W轴，W轴带动C2轴可沿其轴心线方向移动，W轴与Z轴相平行。
以下具体阐述下利用该方法加工齿轮，
该齿轮的加工方法包括以下工序：工序一：齿轮毛坯制备，工序二：齿坯加工，工序三：切齿加工，工序四：齿面硬化，工序五：基准及齿形整修，其中：
其中，在工序一完成后，利用第一卡盘将待加工的齿轮毛坯夹持住(如附图3所示)，夹持后，齿轮毛坯分为被第一卡盘夹持的夹持部分和未被第一卡盘夹持的未夹持部件，首先对该齿轮毛坯上的未夹持部件进行工序二到工序五的加工；
待将齿轮毛坯上的未夹持部分加工完成后，利用第二卡盘对齿轮毛坯重新进行夹持，齿轮毛坯在由第一卡盘进行夹持变换到第二卡盘进行夹持的过程中始终沿着齿轮的轴心线所在的直线移动，并且由第二卡盘夹持齿轮毛坯上已完成工序二到工序五的加工，齿轮毛坯上未被进行加工的部分露出，如附图2～4所示；
对该齿轮毛坯上未被加工的部分进行工序二到工序五的加工，直至完成整个齿轮毛坯的加工。
以下具体阐述下利用本发明加工各类齿轮的实施方式：
实施例1：加工高精度齿轮(如附图6、7所示)：
实施例2：准双曲面齿轮(如附图8、9所示)
从上面两个实例可以看出，从调质到切齿加工完成后的所有内容，均是在一次装夹中(含C轴与C2轴工件交接)完成了车、铣、钻、铰、滚等工序。整个加工过程基本避免了人为因素的影响，齿轮的所有尺寸精度及形位精度大小，完全是由机床及刀具本身精度决定的。因此，在提高生产效率的同时保证了产品精度。
由于车铣中心主轴转速高达10000rpm，在某些场合完全可以取代磨削。因此，齿轮的基准及齿形修正的所有工序也可以在车铣加工中心上一次装夹完成，从而保证了齿轮最终精度。
本机定位精度高达9μm，两个回转轴(B/C轴)的最小分度为0.0001°，从而实现高精度定位加工。通过B、C两轴联动，解决了准双曲面齿轮、圆弧齿轮等高难度齿形加工。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种机械零件的加工方法，其特征在于：该加工方法包括如下步骤
(1)、利用一夹持部件将待加工的机械零件夹持住，夹持后，所述的机械零件分为被所述的夹持部件夹持的夹持部分和未被所述的夹持部件夹持的未夹持部分，首先对该机械零件上的未夹持部分进行机加工；
(2)、待步骤(1)中的未夹持部分的机加工完成后，利用另一个夹持部件对所述的机械零件重新进行夹持，所述的机械零件在由前一个夹持部件进行夹持变换到由后一个夹持部件进行夹持的过程中始终沿着同一条直线移动，并且后一个夹持部件夹持所述的机械零件上已完成机加工的部分，所述的机械零件上未被机加工的部分露出；
(3)、对该机械零件上未被机加工的部分进行机加工，直至完成整个机械零件的加工。
2.根据权利要求1所述的机械零件的加工方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，所述的机械零件沿着其轴心线所在的直线移动。
3.一种齿轮的加工方法，其特征在于：该齿轮的加工方法包括以下工序：工序一：齿轮毛坯制备，工序二：齿轮毛坯加工，工序三：切齿加工，工序四：齿面硬化，工序五：基准及齿形整修，其中：
在所述的工序一完成后，利用一夹持部件将待加工的齿轮毛坯夹持住，夹持后，所述的齿轮毛坯分为被所述的夹持部件夹持的夹持部分和未被所述的夹持部分夹持的未夹持部件，首先对该齿轮毛坯上的未夹持部件进行工序二到工序五的加工；
待将所述的齿轮毛坯上的未夹持部分加工完成后，利用另一个夹持部件对所述的齿轮毛坯重新进行夹持，所述的齿轮毛坯在由前一个夹持部件进行夹持变换到由后一个夹持部件进行夹持的过程中始终沿着齿轮的轴心线所在的直线移动，并且后一个夹持部件夹持所述的齿轮毛坯上已完成工序二到工序五的加工，所述的齿轮毛坯上未被进行加工的部分露出；
对该齿轮毛坯上未被加工的部分进行工序二到工序五的加工，直至完成整个齿轮毛坯的加工。
4.一种能实施权利要求1或2所述的机械零件的加工方法的夹持单元，其特征在于：该夹持单元包括用于对机械零件进行夹持的第一卡盘、用于对机械零件进行夹持的第二卡盘，所述的第一卡盘可沿C轴旋转；所述的第二卡盘可沿C2轴旋转，所述的C轴的轴心线与C2轴的轴心线位于同一条直线上，所述的C轴与C2轴的同向同速转动，所述的C2轴可沿其轴心线方向前后移动，从而使得所述的第二卡盘可相对所述的第一卡盘做前后移动。
5.根据权利要求4所述的夹持单元，其特征在于：所述的C2轴连接有一移动轴，所述的移动轴带动所述的C2轴可沿其轴心线方向前后移动。
6.一种机械零件的加工设备，其特征在于：该加工设备包括机架，所述的机架上安装有夹持单元和加工单元，所述的夹持单元包括用于对机械零件进行夹持的第一卡盘、用于对机械零件进行夹持的第二卡盘，所述的第一卡盘可沿C轴旋转；所述的第二卡盘可沿C2轴旋转，所述的C轴的轴心线与C2轴的轴心线位于同一条直线上，所述的C轴与C2轴的同向同速转动，所述的C2轴可沿其轴心线方向前后移动，从而使得所述的第二卡盘可相对所述的第一卡盘做前后移动；所述的加工单元包括刀架，放置在所述的刀架上D的至少有一把刀具，所述的刀架可带动所述的刀具沿X轴、Y轴、Z轴方向线性移动；所述的刀架可带动所述的刀具沿B轴绕其轴心线方向旋转。
7.根据权利要求6所述的机械零件的加工设备，其特征在于：所述的刀架连接有一旋转轴B，所述的B轴带动所述的刀具绕其轴心线方向旋转，所述的B轴轴心线与所述的Y轴相平行。
8.根据权利要求6所述的机械零件的加工设备，其特征在于：所述的C2轴连接有一移动轴W轴，所述的W轴带动所述的C2轴可沿其轴心线方向移动，所述的W轴与所述的Z轴相平行。
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