曲形面裝配件的數(shù)控加工分析

唐大美 李晟

摘要：曲形面裝配件是工業(yè)中經(jīng)常使用的部件，曲形面一般是作為裝配體進(jìn)行工作，是重要部件之一。由于曲形面自身加工難度較大，不易保證零件的加工質(zhì)量，在銑削加工中會(huì)存在諸多問題。本文通過對(duì)其加工工藝、刀具的選用、切削用量、刀路軌跡設(shè)置等方面來分析曲形面裝配零件的加工過程中的難點(diǎn)，給同類件的加工提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：加工工藝;數(shù)控銑床;曲面加工;曲面裝配

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0105-02

0? 引言

圖1為一典型的數(shù)控銑床加工的曲形面裝配件，本零件需要正反面加工，有平面加工、曲面加工、鉆孔加工、鉸孔加工等，加工難點(diǎn)是曲面臺(tái)階的銑削。在加工過程中，要充分運(yùn)用編程軟件的功能，選擇合適的切削參數(shù)，力求在保證精度的情況下盡可能提高零件的加工效率，降低加工成本。

1? 零件的基本分析

本零件需要正反面加工，有平面加工、曲面加工、鉆孔加工、鉸孔加工等，加工難點(diǎn)是曲面臺(tái)階的銑削。在加工過程中，要充分運(yùn)用編程軟件的功能，選擇合適的切削參數(shù)，力求在保證精度的情況下盡可能提高零件的加工效率，降低加工成本。零件材質(zhì)為45號(hào)鋼。

2? 加工工藝分析

2.1 零件加工難點(diǎn)與解決方案

本零件是曲形面裝配零件，兩個(gè)零件其中一面都含有曲面臺(tái)階。兩個(gè)工件的曲面臺(tái)階需要進(jìn)行配合，需要極好的貼合度及良好的表面粗糙度，所以精度要求較高，是整個(gè)裝配件中加工的難點(diǎn)。

2.2 加工所需的刀具及切削用量

通過上面加工過程中的難點(diǎn)分析，經(jīng)考慮，選用的刀具和切削用量為：①盤銑刀Φ120mm：n=600r/min，f=100mm/min，ap=3mm;②立銑刀Φ10mm：n=3500r/min，f=200mm/min;ap=3mm;③麻花鉆Φ7.8mm：n=600r/min，f=75mm/min;④Φ8H9機(jī)用鉸刀：n=80r/min，f=30mm/min;⑤麻花鉆Φ26mm：n=400r/min，f=75mm/min;⑥圓鼻刀Φ10mm：n=4000r/min，f=1000mm/min，ap=0.2mm;⑦球刀Φ10mm：n=6000r/min，f=1800mm/min，ap=0.1mm。

2.3 工藝路線設(shè)計(jì)

經(jīng)過以上分析，此曲形面裝配件的加工工藝路線如下：

零件1：工步1：檢查毛坯，刀具，校驗(yàn)量具;工步2：建模，編程;工步3：Φ120盤銑刀銑平面（正面）;工步4：對(duì)刀，粗銑正面輪廓，側(cè)壁單邊預(yù)留0.5mm，底部預(yù)留0.2mm（Φ10立銑刀）;工步5：Φ10立銑刀精銑正面輪廓，保證各尺寸公差;工步6：粗銑弧形槽（Φ10立銑刀）;工步7：精銑弧形槽（Φ10立銑刀）;工步8：正面鉆孔，鉆孔Φ7.8mm;工步9：Φ8H9機(jī)用鉸刀鉸孔;工步10：Φ120盤銑刀銑平面（反面）;工步11：粗銑內(nèi)圓，單邊預(yù)留0.2mm（Φ10立銑刀）;工步12：Φ10立銑刀精銑內(nèi)圓;工步13：Φ10圓鼻刀粗銑曲面臺(tái)階;工步14：Φ10球刀精銑曲面臺(tái)階;工步15：取下工件，檢測(cè)。

零件2：工步1：檢查毛坯，刀具，校驗(yàn)量具;工步2：建模，編程;工步3：Φ120盤銑刀銑平面（正面）;工步4：對(duì)刀，粗銑正面輪廓，側(cè)壁單邊預(yù)留0.5mm，底部預(yù)留0.2mm（Φ10立銑刀）;工步5：Φ10立銑刀精銑正面輪廓，保證各尺寸公差;工步6：正面鉆孔，鉆孔Φ7.8mm;工步7：Φ8H9機(jī)用鉸刀鉸孔;工步8：Φ10圓鼻刀粗銑曲面臺(tái)階;工步9：Φ10球刀精銑曲面臺(tái)階;工步10：Φ120盤銑刀銑平面（反面）;工步11：粗銑弧形槽（Φ10立銑刀）;工步12：精銑弧形槽（Φ10立銑刀）;工步13：Φ26麻花鉆鉆孔;工步14：精銑Φ28通孔（Φ10立銑刀）;工步15：取下工件，檢測(cè)。

3? 零件加工步驟

曲形面加工時(shí)首先考慮的是曲形面的輪廓、精度、粗糙度等問題。因此在設(shè)定參數(shù)時(shí)，輪廓加工要提高切削效率，曲面加工要減少背吃刀量，保證曲面粗糙度。背吃刀量、進(jìn)給量、切削速度等參數(shù)要精準(zhǔn)控制，刀具冷卻也需考慮。綜上所述，編程步驟如下：

3.1 使用動(dòng)態(tài)銑削銑出零件1正面輪廓

首先將毛坯料放置在平口鉗中裝夾完畢，裝直徑為120mm盤銑刀銑削表面。換上直徑10mm的立銑刀粗銑外輪廓，主軸轉(zhuǎn)速3000r/min，進(jìn)給200mm/min。壁邊預(yù)留量0.3mm，底面預(yù)留量0.2mm，步進(jìn)3mm，下刀深度-10mm，采用螺旋下刀，保證刀具壽命。將125mm×125mm毛坯的外形作為加工對(duì)象，方便在加工過程中將余料一起銑掉，從而提升加工效率，刀路如圖2所示，圖3為動(dòng)態(tài)銑削完成時(shí)的正面輪廓。

刀具不變，主軸轉(zhuǎn)速提升到3500r/min，進(jìn)給300mm/min，將底面預(yù)留量歸零，用動(dòng)態(tài)銑削完成底面精銑，將壁邊預(yù)留量歸零，用外形銑削保證加工效率，完成壁邊精銑。

3.2 用動(dòng)態(tài)銑削完成圓弧槽的加工

接下來加工半徑38mm的弧形槽，刀具和參數(shù)不變，下刀深度從-10mm改為-20mm。零件1反面，用盤銑刀去毛坯，和正面一樣完成弧形槽的粗加工，壁邊預(yù)留量0.3mm，底面0.2mm。將主軸轉(zhuǎn)速升高，進(jìn)給量加大，預(yù)留量歸零，完成精加工。

3.3 鉆孔、絞孔

用Ф7.8的麻花鉆，主軸轉(zhuǎn)速300r/min，進(jìn)給75mm/min，將孔鉆通。然后換上Ф8H9的機(jī)用鉸刀，主軸轉(zhuǎn)速改為200r/min，進(jìn)給30mm/min，將孔的直線度進(jìn)行修正。

3.4 用曲面流線完成曲形面的加工

換上Ф10圓鼻刀進(jìn)行曲面粗切流線，主軸轉(zhuǎn)速3000r/min，進(jìn)給1000mm/min，切削方向改成雙向，加工面預(yù)留量0.2mm，Z最大步進(jìn)量為0.2mm，從而保證曲形面的粗糙度。其刀路如圖4所示。

換上Ф10mm球刀，運(yùn)用曲面流線精修進(jìn)行曲面精加工，主軸轉(zhuǎn)速6000r/min，進(jìn)給1800mm/min，加工面預(yù)留量歸零。運(yùn)行程序，完成曲形面的精加工。零件1加工完畢。球刀與圓鼻刀的區(qū)別在于：球刀一般是整體式結(jié)構(gòu)，圓鼻刀一般是鑲嵌式結(jié)構(gòu)。圓鼻刀磨損較小，球刀容易磨損。所以圓鼻刀用于曲面流線粗切，球刀用于曲面流線精修。

3.5 零件2加工分析

零件2與零件1整體加工工序一致，盤銑刀銑去毛坯，用Ф10mm立銑刀完成正面輪廓和反面圓弧槽的粗、精銑削，用Ф7.8mm的麻花鉆將孔鉆通，Ф8H9機(jī)用鉸刀將Ф8mm孔直線度修正，用Ф26mm的麻花鉆將中心孔鉆通，換Ф10mm立銑刀將孔精銑至Ф28mm的通孔。換上Ф10mm圓鼻刀和Ф10mm球刀，運(yùn)用曲面流線進(jìn)行曲形面的粗精加工。零件2完成所有加工如圖5所示。

4? 工件加工時(shí)的質(zhì)量分析

4.1 加工時(shí)遇到的問題

曲形面加工粗糙度差，兩個(gè)工件曲面臺(tái)階裝配時(shí)配合度低。

4.2 問題原因及改進(jìn)策略

①問題原因：經(jīng)過深入分析，上述問題出現(xiàn)是由多個(gè)原因共同導(dǎo)致的。刀具質(zhì)量差會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度降低，切削力變大等問題。切削力變大就會(huì)導(dǎo)致粗糙度下降，從而導(dǎo)致裝配時(shí)配合度降低。②改進(jìn)措施：更換高質(zhì)量刀具，提高工件加工時(shí)的穩(wěn)定性，減輕主軸壓力減小切削力，同時(shí)提高曲形面表面粗糙度。精銑時(shí)提高主軸轉(zhuǎn)速，減小進(jìn)給量，以提高曲形面表面質(zhì)量。加工時(shí)提供足量切削液，冷卻刀具，保證刀具良好切削狀態(tài)。盡可能減少刀具伸出長(zhǎng)度，增加刀具剛性，減小刀具磨損幾率。保證工件裝夾到位，以避免出現(xiàn)加工時(shí)工件下沉，導(dǎo)致二次裝夾產(chǎn)生誤。

5? 總結(jié)

本文使用UG軟件制圖、建模，MasterCam軟件進(jìn)行加工與模擬仿真，對(duì)數(shù)控加工過程進(jìn)行分析，得出提高曲形面零件粗糙度的加工方式，運(yùn)用曲面流線時(shí)應(yīng)在適當(dāng)范圍內(nèi)減少Z最大步進(jìn)量，增加刀具雙向切削頻率，從而提升曲形面的粗糙度，降低廢品率，提高加工精度，增強(qiáng)加工效率，這樣就會(huì)提高曲形面零件裝配時(shí)的貼合度。

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