机电集成超环面电磁蜗杆的数控加工工艺分析.pdf

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1、·60·内燃机与配件机电集成超环面电磁蜗杆的数控加工工艺分析王春光①；李海霞②(①秦皇岛技师学院，秦皇岛066000；②北京市斐克科技有限责任公司，北京100000)摘要：机电集成超环面电磁蜗杆的加工过程比较复杂，在工艺分析中应该考虑到工件与刀具空间物理关系、机床、刀具、切削液的选择以及硅钢片组合以后加工受力的问题，这些问题对电磁蜗杆都起着非常重要的作用。关键词：电磁蜗杆；螺旋槽；缠绕；建模0引言机电集成超环面电磁蜗杆传动系统是一种新型电机，主要是利用系统中的环面蜗杆周向表面上均布12个螺旋型方槽，以及每个螺旋槽

2、中缠绕镶嵌电磁线圈励磁，而蜗轮周向边缘均布大小～致的永久磁钢在电磁线圈磁场力作用下，带动蜗轮做旋转运动从而输出力矩。在此系统中，担负动力与运动的传输任务的主动件，就是电磁蜗杆，它是最为关键的部件之一，从机械加工工艺上来说，它的基础零件也是最难：OaT的。外形上看，电磁蜗杆为带有圆环面的特殊蜗杆，圆环面曲率半径为65mm，在圆弧面上有12条周向缠绕的螺旋槽。螺旋槽中要绕制线圈，为防止工作过程中产生涡流，减少能量额外损耗，电磁蜗杆由许多片硅钢片叠加起来的，如图l所示。噻台参羲图1电磁蜗杆1图纸分析首先，由于电磁蜗杆是

3、由一摞硅钢片叠加起来的，很容易散落，必须用一根根据硅钢片中心孔设计好的轴组装到一起，两端用螺母压紧，才能形成电磁蜗杆的轴状结构(如图2)，在硅钢片组的两端设计了压盖，是为了防止在加工过程中硅钢片因为受切削力绕中心轴转动，避免轴向位移以及在加工过程中切削力引起的硅钢片本身变形。再进行成形面和蜗杆槽的加工。其次，分析电磁蜗杆螺旋槽的结构可知：加工过程中需要三个方向的自由度实现联动才能完成加工，这三个轴中，两个平动轴做圆弧插补联动，旋转轴绕第三个平动轴做II顷B,-J-针定比旋转运动，以保证槽型准确。另外，要求机床图2

4、电磁蜗杆轴旋转轴要具备沿圆周方向分度及角度定位功能，这样才能满足加工工件上均布12条螺旋方槽的条件。最后，加工过程分析，第一步，加工电磁蜗杆轴中间R65mm凹圆弧部分，从装夹方式上分析，采用三爪卡盘配合后顶尖，一夹一项方式加工圆环面。此时，为防止在加工过程中硅钢片转动、变形、震动过大以及刀具破损等情况的发生，要选择合理的切削用量，适当减小切削深度和切削速度，以减小切削力的大小。第二步，铣螺旋方槽，加工电磁蜗杆的螺旋槽在生成螺旋运动时，螺旋线可以认为是一动点在两个平行运动和一个旋转运动共同作用而合成的运动，这样运动

5、轨迹就可以形成电磁蜗杆螺旋线。其轨迹如图3所示。图3动点N的运动轨迹图2机床选择在数控机床上加工零件，一般要根据零件图样和毛坯，来选择适合加工该零件的数控机床，也就是，不同类型的零件应在不同的数控机床上进行加工。对于需要加工的对象来说，考虑的因素主要有毛坯的材料种类，零件外形尺寸，复杂程度，精度要求，数量，热处理要求等，对于机床来说，主要考虑现有设备情况，数控机床的功能，工作行程，联动坐标轴数，综合精度和功率等。综合以上分析，笔者选择了如图4所示的带第四轴的立式加工中心来进行Nz。为避免夹伤轴的已加工表面，电磁蜗

6、杆螺旋槽在数控四轴加工中心上进行加工过程中，InternalCombustionEngine&Parts·61·图5UG建模过程采用一夹一顶夹持方式时，采用卡盘软爪。即一端利用蜗杆轴的中心孔与后尾座顶尖配合定位，另一端用A轴的卡盘软爪夹紧工件，且夹紧力要适当。图4为电磁蜗杆在VMC850四轴)3n33中心上的装夹方案。图4工件装夹形式3切削用量及切削液选择为避免刀具切削产生的自激震动与工件、机床发生共振，要求刀具刃口锋利，并且具有较强的韧性，我们还选择了比较小的切削速度，刀具单个刀齿切削量0．1mm左右，并在加工

7、中不断调整，以达到最优状态。刀具材质选择为高速钢。在进到深度方向，为了减小切削力，采用了分层切削的方法。这样会提高加工工艺系统的稳定，提高刀具的寿命，不至于使刀具损坏，工件发生移位。切削液在机械加工过程中起着重要的作用，尤其是在难j3n-r材料的切削过程中，甚至在某些场合，切削液的选用影响着加工的成败。选用合适的切削液，不但能降低切削温度，提高表面质量，还可以减少切削时的抗力，保证刀具能顺利完成加工，还可以冲走铁屑和灰尘，提高生产效率和产品质量。按油品化学组成分，切削液分油基和水基两大类。在本工件的加工过程中，因

8、为加工时间比较长，对刀具寿命要求高，避免中途换刀，保证切削的锋利程度，我们选择的切削液为油基切削液。程序编写：应用UG软件对电磁蜗杆零件进行三维实体造型。具体造型过程如图5。打开MasterCAM软件主界面导入设计完成的模型文件，在刀具路径管理器菜单中选择合适的加工策略生成刀具轨迹，创建加工文件。最后，选择法那克系统后置处理文件作为编程标准，产生符合机床数控系统的NC格式