利用三軸銑加工中心加工兩軸線相交外圓上的凸臺(tái)

湖北三江航天江北機(jī)械工程有限公司 (孝感 432000)王 斌

某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)后封頭零件為兩軸線相交回轉(zhuǎn)體，該零件對(duì)兩相交軸線角度和零件各高度尺寸要求高。其外形如圖1 所示:在回轉(zhuǎn)體外圓面上有凹凸型面，由于外圓軸線相交，加工凹型面時(shí)存在加工過(guò)切干涉，因此該面加工時(shí)，除設(shè)備的X、Y、Z 軸聯(lián)動(dòng)外，還需有A、B 兩角度軸變換，通常工藝方法使用五軸聯(lián)動(dòng)(或具有五軸)設(shè)備進(jìn)行加工。由于公司無(wú)五軸及以上數(shù)控設(shè)備，因此實(shí)現(xiàn)加工很困難，只能借助工裝在三軸立式銑加工中心上進(jìn)行加工。

圖1

1.零件工藝分析

零件結(jié)構(gòu)如圖2 所示，零件上的(φ540mm)、φ560mm、φ 600mm 為同心外圓，φ540mm 外圓與(φ540mm)外圓相交，軸線夾角為α ± 2'，在(φ540mm)和φ560mm 外圓上有3 個(gè)不同高度，外圓同為φ600mm 的凸臺(tái)。

圖2

其工藝特點(diǎn)如下:

(1)(φ540mm)和φ560mm 外圓上有凸臺(tái)，須采取銑削加工成形。

(2)軸線夾角為α±2'，加工精度較高，靠輔助工裝不易保證。

(3)銑加工(φ540mm)和φ560mm 外圓時(shí)，相交的φ540mm 外圓局部干涉，如圖2 左視圖所示的虛線部位。

根據(jù)零件以上工藝特點(diǎn)，加工過(guò)程中存在的難點(diǎn)主要有:如何保證軸線夾角α±2'加工精度和解決銑加工外圓時(shí)局部干涉問(wèn)題。針對(duì)加工過(guò)程中分析的加工難點(diǎn)，通過(guò)選擇帶A、B 軸的圓轉(zhuǎn)臺(tái)輔助加工，解決加工干涉過(guò)切問(wèn)題;以及采取合理的裝夾找正加工工藝方案，保證軸線夾角α±2'加工精度。

2.加工工藝方案

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用“下料→粗車(chē)φ540mm 和φ600mm 外圓→粗銑:去除φ600mm 所有外型面和上表面余量→精銑:分別在圓轉(zhuǎn)臺(tái)B 軸為0°和α 時(shí)精銑外型面”的工藝方案，銑加工時(shí)將零件在一次裝夾狀態(tài)下完成粗、精加工內(nèi)容。

3.加工過(guò)程中的控制措施

將帶A、B 軸的圓轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，找正圓轉(zhuǎn)臺(tái)的B 軸與機(jī)床Y 軸平行，避免B 軸轉(zhuǎn)α 角度時(shí)產(chǎn)生加工誤差。找出圓轉(zhuǎn)臺(tái)A、B 軸的回轉(zhuǎn)中心交點(diǎn)作為零件加工坐標(biāo)系原點(diǎn)，將工件安裝在圓轉(zhuǎn)臺(tái)上，找正工件圓心與圓轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心同軸后，將A 軸蝸輪和蝸桿間隙調(diào)小至鎖死狀態(tài)，防止加工時(shí)圓轉(zhuǎn)臺(tái)A 軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由于零件在圓轉(zhuǎn)臺(tái)上加工，導(dǎo)致零件加工工藝系統(tǒng)剛性變差，因此在B 軸鎖緊后，還須在圓轉(zhuǎn)臺(tái)下端面的懸空處增加手動(dòng)千斤頂預(yù)緊，提高零件工藝系統(tǒng)的剛性(見(jiàn)圖3)。

圖3

(1)軸線夾角α ±2'加工精度控制措施:在A軸、B 軸為零度時(shí)，找平A 面，在斜面上(B 面)的高點(diǎn)和低點(diǎn)位置用φ10mm 球刀編程加工兩處在一個(gè)平面上的α 角基準(zhǔn)斜面，作為加工找正基準(zhǔn)面。將圓轉(zhuǎn)臺(tái)B 軸旋轉(zhuǎn)α 角度，并微調(diào)角度，使B 面已加工的找正基準(zhǔn)面打表零對(duì)零，確定B 軸α 角度，鎖緊B 軸，加工斜面(B 面)及φ540mm 外圓，加工(φ540mm)和φ560mm 外圓，即可保證軸線夾角α±2'。這樣加工的α 角度不受圓轉(zhuǎn)臺(tái)的分度精度影響，靠數(shù)控程序和機(jī)床加工精度保證。

(2)銑加工過(guò)切干涉控制措施:加工(φ540mm)和φ560mm 外圓時(shí)，由于加工中存在過(guò)切干涉，如圖2 左視圖所示的虛線部位，須在0°和α角度狀態(tài)下，分別在圓轉(zhuǎn)臺(tái)B 軸為0°和α 時(shí)精銑外型面。因此，編制數(shù)控程序時(shí)，需在自動(dòng)編程系統(tǒng)中采取分段建模，分段編制數(shù)控加工程序。在分段建模時(shí)，需將圓轉(zhuǎn)臺(tái)A、B 軸的回轉(zhuǎn)中心交點(diǎn)作為兩段數(shù)控程序的零件加工坐標(biāo)系原點(diǎn)。首先在α 角狀態(tài)下，粗、精加工φ540mm 外圓至尺寸，避免后續(xù)加工中φ540mm 外圓的加工余量產(chǎn)生干涉。然后對(duì)零件(φ540mm)和φ560mm 外圓所有能加工的外型面進(jìn)行粗加工，再進(jìn)行精加工，將0°角狀態(tài)下的過(guò)切干涉部位(圖2 左視圖所示的虛線部位)加工至尺寸;然后，旋轉(zhuǎn)B 軸，打表監(jiān)測(cè)A 面零對(duì)零，即保持零件在0°角狀態(tài)下，設(shè)定精加工余量后，再次粗加工，清理前一次加工時(shí)的加工死角處余量，然后對(duì)整個(gè)零件精加工。銑加工選用的刀具及切削參數(shù)如附表所示。

切削參數(shù)表

4.結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，采用上述加工方法加工零件的兩軸α角，經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢測(cè)合格，外圓型面加工完全符合設(shè)計(jì)要求，較好地解決了兩軸線相交外圓上的凸臺(tái)的切削加工難點(diǎn)，生產(chǎn)的零件質(zhì)量穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了在不增加成本的前提下，最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的加工性能，保證了零件精度要求，解決了兩回轉(zhuǎn)軸相交零件的加工難題。加工方法有一定的借鑒意義，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。