原标题:2018PLM征文:定子轴工艺开发实务

style=”font-size: 16px;”>本文介绍了前置前驱8档自动变速器研发案例,该项目工艺难度大,全程涉及CAD、CAM、数控加工等技术,希望对数控机加工同行起到借鉴及促进作用。

01

定子轴零部件的工艺性分析

1.该定子轴零部件的工艺开发难点主要包括几下内容:

●工件属于高端汽车零部件,加工尺寸ITT5,工件材料:20Cr。

●表面渗碳淬火:HRC58-62,热处理工艺性、难度较大。

●渐开线外花键:精度精度8f,模数:0.79375,齿数:38。

●φ108端面平面度:0.015mm,需要端面研磨加工。

●两端外径相对于内径全跳:0.02,无法一次装夹加工,加工装夹方式难度大。

●关键尺寸内外表面粗糙度:Ra0.8,要求高。

●端面有斜度孔且内孔较小深度超过10倍径。

●圆弧面上长槽口,有分度孔,钻头长度较长需要定制阶梯钻头。

●靠近外径部位有斜度小孔,长径比超过:12D倍。

●左端内孔槽藏于端面槽内,并且内接R角要求R0.3MAX(最大)。对刀具的寿命提出了最高的要求,刀具需要定制,加工难度较大。

●φ32
e6(-0.05-0.066,加工精度要求高。

●全工件尺寸:197个,工件复杂。

●左右两端有圆周分布孔深度及孔径比大于15,加工难度大。

●关键重要控制尺寸13处。

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图1
定子轴三维数模(左),剖视图(右)

2.对工艺,对人、机、料、法、环、测全面的评估如下;

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表1 评估表

02

定子轴开发流程介绍

1)初期评审,梳理人机料法环评估结果。

2)成立项目组,完成项目管控计划书。

3)进行项目评审,对产品质量进先期策化APQP、测量系统分析MSA、失效模式分析FMEA、生产件批准程序PPAP及统计过程控制SPC进行评审。

4)给客户提供相关的文件:开发管控计划(Control
plan)及QC工程表。

5)设计输出相关文件,包括三维图纸、可视化工艺流程、可视化三维工装夹具、可视化刀具BOM及非标定制清单;加工程序及工艺列表;清洗作业指导书、包装作业指导书等;检验作业指导书等。见图2。

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图2 设计输出相关文件

6)输出制造CAM相关文件:见表2。

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表2
CAM制造输出文件

7)外协开发:包括锻造毛坯、热处理、端面磨、滚花键等。

8)试样生产,加工-检测-加工-热处理-外协-精加工开始工艺展开。

9)定置刀具:采用山特维克整体方案,CBN刀具、阶梯插铣刀,非标内孔槽刀,见表3。

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表3
前期备刀BOM

经过讨论最终的方案是:粗加工两端及内孔-正火时效-半精加工内孔及两端(内控尺寸)、正火时效、精加工内孔、再使用两端内控尺寸为基准,芯轴定位、加工两端全部孔及槽,滚花键、进行渗碳淬火、使用芯轴进行车精加工、精磨外径、精密端面、滚花键、精加工内外圆槽;

10)相关可视化工艺流程图:图3-图6涂绿色为关键控制工序;

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图3 定子轴可视化流程图

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图4
定子轴旋转加工车磨滚齿工序流程图

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图5
定子轴立式加工中心工序流程图

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图6 定子轴机床单元流程图

03

Solidworks软件数模的建立技术要点

1)通过对工艺流程的消化,在绘制三维数模时,根据产品加工的工艺进行绘制;有旋转特征的粗加工,采取绘制1/4截面的方法,绘制中心线,进行实体旋转;产生实体特征;这样绘制粗加工的所需要的工艺及CAM所需要的相关PART;对工艺、几何、数模、CAM便于统一集成;输出为Solidworks文件,在Mastercam软件中方便使用几何体;最佳的方法是:在加工过程的的内控尺寸可以在CAD体现,而在CAM里面不需要再进行二次编辑,就可以进行CAM制造;

2)基于过程中的毛坯,工艺数模进行工艺编写,利用caxa等或EXCEL等软件转换的DWG文件作业指导书的制定;

3)使用过程中的三维数模进行工装夹具的三维设计并装配;

4)装配设计完毕,制作工装平面图,移交制造部门;

5)使用装配体制作工艺卡片,工艺作业指导书;

6)三维数模移交给CAM节点,进行三维数模数控程序编制;限于数控加工中心的程序编制,数控车部分可以不参考三维数模;

7)在三维数模程序编制CAM过程中涉及到内控尺寸需要按照中差绘制,例如:φ108
0-0.05可以绘制φ108.003,这样CAM软件直径精加工到工艺最终尺寸,CMM测量时参考使用的数模;

8)产品数模绘制特征树的过程需要与生产工艺流程相统一,产生的过程就是该工件生产加工的过程,这样再使用过程模型时,便于回退,另存为过程工艺PART文件,以便于在设计工装工艺时使用;

9)在3D零件加工时可以将需要加工的曲面部位进行颜色变更,例如:绿色是需要加工特征及要素,这样便于在CAM过程中识别相关的要素,在可视化过程中明确工序需要加工的部位;

10)输出全部的PART文件及装配体asm文件到局域网相关制定的文档,以便于制造部门CAM相关节点及现场技术人员查看;

04

Mastercam软件全流程制造

1)导入各CAD三维装配图,进行程序刀路编制,数控车导入数模即可,如果需要详尽的装夹方法,可以导入带有卡爪的(生爪)的装配体,进行CAM数控车部分程序的编制。如图7。

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图7 CAM几何装配体及模拟截图

2)充分考虑到切削参数的设置,1/2截面的绘制,导出根据Mastercam设置毛坯,设置工件,记性基于毛坯的编程。如图8。

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图8 CAM三维模拟截图

3)程序编制时需要定制非标刀具,以便于在实体切削仿真及机床虚拟仿真时检测是否干涉,真实表达刀具与工件,工件与工装之间的位置关系;包括刀柄是否对工装及工件的干涉;

4)工步刀路编制完毕,需要线架刀具模拟、实体模拟、机床虚拟仿真,一步一步进行细致的检查,发现问题点;干涉检查无误后,进入下一步;

5)使用SetupX导出工艺列表(SetupSheet),刀具清单(ToolList);

工艺列表包括:刀杆、刀片、泠却液、XZ坐标原点、节拍等,这个工艺清单可以满足现场操作的需求;(这里的工艺清单是否可以替代工艺员编写的工艺作业指导书,看每个公司的情况而定,如果是无纸化要求,则可以细化一下这个工艺列表,替代纸质的工艺作业指导书),如图14。

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图9 CAM输出现场使用工艺清单表

本工艺清单可以通过网络化的现场电脑进行查看;(无纸化办公方案)

6)产生的程序需要标准化定制:程序格式规范、程序名称、刀具名称、工步注释、其它注释等;如图10。

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图10 CAM输出现场使用刀具TOOLLIST

7)使用SetupX模块导出TOOLIIST文件(刀具列表文件),如图11。

8)输出可视化文件(动画及视频)。

输出Mastercam自带的Machine
Simulation仿真模组仿真后导出.EXE文件(视频虚拟操作文件),以便于现场操作者查看虚拟视频演示,提升一次加工成功率;缩短准备时间;图12、图13(这里为了表达视频内容,采取了缩略图的形式展示)。

进入Machine
Simulation模组文件-保存/导出-创建演示文件可以生产可执行.EXE文件,可以在其他电脑双击打开进行预览及仿真,大大提升了机床仿真的预览便捷。

第二方案是使用屏幕录像软件录制仿真动画;输出给现场实操者作为预览指导;

9)把全部的从图11到图112相关文件复制到局域网制造部门相关的指定的文件夹;方便现场技术人员查看并Download使用;

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图11
现场加工中心使用G代码(附有刀具BOM编码)

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图12
现场数控车使用G代码(附有刀具BOM编码)

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图13 数控车实体切削仿真视频缩略图

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图14
四轴加工中心实体切削仿真视频缩略图

05

设计/工艺/流程/制造的可视化

(无纸化、信息化、网络化)

1)在整个设计CAD过程中,对产品的3D建模、工艺过程的三维数模、工装夹具的3D数模装配体、加工表面的颜色识别、流程化生产加工意图展示、包装作业文件等等全部采取三维设计、3D展示,可视化强,交互式协同快捷;

2)在整个制造CAM过程中,对工序程序几何体,毛坯几何体,残留毛坯几何体、仿真实体几何体、工艺安装原点、产品装夹过程的3D展示、工步流程的刀具实体、刀具清单、仿真视频、仿真可执行文件等可视化程序高。,直观,交互式浏览迅速,技术交底意图快捷、协同方便;

3)采取三维可视化设计,预览,动画仿真视频预览,刀具清单明细,程序编制标准化,对加工开发一次成功率,至关重要,也是必须,在整个产品开发过程中,让设计者、制造者、编程者、实操者能快速的互动,沟通,缩短各节点的时间;

美高梅注册,4)使用声、光、电、视觉等手段,大大降低了协同作业的难度,也降低了加工下游对技技能的依赖程度;

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图15 生产完毕的定子轴照片

06

与世界先进制造业的差距及思考

1)在本次高端产品开发过程中,充分运用了IATF16949质量管理工具,CAD/CAPP/CAM/CMM/虚拟VR等技术手段工具,经过第二次交样全部尺寸合格,做到了较短的开发周期。

2)设计CAD、制造CAM、测量CMM需要协同作业,管控计划必不可少,网络必不可少,开发相关的标准规范需要统一,工程语言编码需要统一,如:工件PART的文件格式、刀具称谓的编码统一、过程数模的命名规范、过程工步的命名规范、数模公差的标准规范等等;无不时无缝集成的关键。

3)良好的技术标准,良好的技术规范,良好的协同作业,需要全能型的复合型的技术项目经理作为领导及核心,在项目管理、CAD/CAM/CAPP/CMM等相关的技术技能,TS16949相关的五大工具的全部质量全流程的管控要点等都有不错的涉及。

4)在硬件方面如:普通滚床、端面磨等机床在较为落后,在后期的批量加工过程中,引进了带Y轴的森精机(森精机mori
seiki)全技能数控车、数控端面磨床(森精机mori seiki)。

5)在数控加工软件及硬件不断升级的今天,我们需要不断的学习,跟上时代的发展,才不至于落后,迎头跟上。

作者简介

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张世君

青岛瑞源祥机械有限公司执行总经理,

长期在一线从事数控加工技术工作,

对PLM及DNC/CAD/CAM/CAPP/CMM/PDM/ERP有长期实践及应用研究,

特别是在数控加工CAM及刀具信息化管理上有较深研究及造诣。

END

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