三維棱錐結(jié)構(gòu)的銑削工藝設(shè)計(jì)

周潤(rùn)鋒

【摘 要】為優(yōu)化某專用設(shè)備中對(duì)設(shè)備性能起到重要作用的關(guān)鍵零件加工工藝，進(jìn)一步提高該零件加工一致性與合格率，保證某專用設(shè)備運(yùn)行性能的穩(wěn)定性和可靠性，通過(guò)查閱該關(guān)鍵件相關(guān)設(shè)計(jì)專利，對(duì)該關(guān)鍵件的成型方式進(jìn)行了分析，得出了現(xiàn)行線切割加工工藝實(shí)現(xiàn)不了專利顯示該零件三維棱錐結(jié)構(gòu)的加工，需要研究新的加工方式的結(jié)論，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)專利介紹及零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)出采用銑削加工工藝才能加工出該零件三維棱錐結(jié)構(gòu)形狀。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)該關(guān)鍵件設(shè)計(jì)圖紙的尺寸、結(jié)構(gòu)，采用作圖法確定了組成三維棱錐結(jié)構(gòu)的空間三個(gè)平面之間的夾角、交線、交點(diǎn)等位置關(guān)系，這樣在銑削加工時(shí)，只要將這三個(gè)平面，分別翻轉(zhuǎn)到加工位置即可實(shí)現(xiàn)加工，并使用UG軟件按計(jì)算出的位置關(guān)系繪制了三維棱錐圖，結(jié)果滿足工藝設(shè)計(jì)要求。然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)有設(shè)備，設(shè)計(jì)了銑削用翻轉(zhuǎn)夾具及銑削平面的刀具，并在機(jī)床進(jìn)行了初步加工實(shí)驗(yàn)，加工出的零件滿足設(shè)計(jì)要求，并符合專利描述的形狀。綜上，通過(guò)研究確定了一種新的關(guān)鍵零件頭部銑削加工工藝方法，并研制了翻轉(zhuǎn)夾具和銑削刀具，通過(guò)加工實(shí)驗(yàn)，基本確定了工藝參數(shù)，加工出的零件滿足設(shè)計(jì)要求。采用本工藝加工出的零件裝配到專用設(shè)備上，在2013年進(jìn)行的專用設(shè)備性能試驗(yàn)中取得了比較理想的結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】銑削；工藝；三維棱錐；空間；平面；翻轉(zhuǎn)

0 引言

據(jù)相關(guān)專利資料顯示，為了提高某專用設(shè)備的性能，需要消除影響設(shè)備性能的關(guān)鍵件（以下均簡(jiǎn)稱該零件為關(guān)鍵件）形成的脫體激波激起的低頻壓力波動(dòng)，該零件應(yīng)該具有最佳的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)。專利顯示關(guān)鍵件的形狀有類似機(jī)加工倒角的結(jié)構(gòu)，是加工成型中面與面相交形成。而現(xiàn)行工藝采用線切割加工，加工時(shí)鉬絲與工件垂直，無(wú)法獲得帶倒角結(jié)構(gòu)的形狀。

專利資料最后介紹該零件的形狀是由3個(gè)空間平面形成，只要合理選擇平面之間夾角和交線，就能組合成該形狀。進(jìn)一步證明了關(guān)鍵件是由平面組合而成的三維空間形狀，而不是現(xiàn)工藝加工出二維曲面。

基于上述情況，有必要進(jìn)行關(guān)鍵件新工藝的研究，以期獲得與專利類似的形狀。

1 工藝方案的確定

1.1 分析計(jì)算

為了能確定組成關(guān)鍵件3個(gè)平面之間的位置關(guān)系，需根據(jù)關(guān)鍵件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求分析、計(jì)算，確定3個(gè)平面之間空間位置關(guān)系，使之能組合成符合圖紙（投影視圖）要求的三維空間形狀，為具體工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

本分析主要采用做圖法計(jì)算出3個(gè)平面之間空間位置關(guān)系。首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙繪制出二維關(guān)鍵件側(cè)面投影圖，如下圖1。關(guān)鍵件三維空間形狀就是由斜面A和兩個(gè)圓弧所在面B、C組成；然后繪制與斜面A垂直的投影圖，這樣斜面A投影成一個(gè)橢圓（其中斜面上的1、3點(diǎn)對(duì)應(yīng)橢圓上的1'、3'點(diǎn)）；將關(guān)鍵件側(cè)面投影圖中R圓弧與斜面交點(diǎn)2（尺寸L位置）投影到橢圓上，與橢圓形成兩個(gè)交點(diǎn)2'和2''；分別連線橢圓頂點(diǎn)1'與交點(diǎn)2'和2''，形成兩條線1'2'和1'2''就是圓弧所在平面B、C與面A的交線，也就是加工形成圓弧面必須經(jīng)過(guò)的線；測(cè)量線1'2'（或1'2''）與中軸線1'3'之間夾角為θ1/2。

其次還需要知道平面B、C與面A之間的夾角就能確定兩個(gè)面之間的位置關(guān)系，如下圖2。這樣需要在關(guān)鍵件側(cè)面投影圖上做一個(gè)輔助面D，面D經(jīng)過(guò)關(guān)鍵件側(cè)面投影圖上圓弧最高點(diǎn)4（L1處）且與面A平行；同樣作面D的投影圖同樣生成一個(gè)橢圓；再作點(diǎn)4的投影與橢圓相交于點(diǎn)4'和點(diǎn)4''，再用點(diǎn)4''作到線1'2''（面A與面C相交線）的垂線，又已知點(diǎn)4到面A的距離L1，這樣就計(jì)算出面A與面B、C夾角約為θ2。

按上述計(jì)算的角度結(jié)果，使用UG三維軟件模擬了三個(gè)面相交產(chǎn)生的空間效果圖。如下圖3。

1.2 加工方式確定

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算，確定了三個(gè)平面的空間位置關(guān)系。由于在金屬加工中獲得平面的主要加工方法為銑削加工，同時(shí)銑削加工形成的平面與平面相交也能獲得類似倒角的結(jié)構(gòu)，因此確定采用銑削加工方式。以面A和它的中軸線13為加工中翻轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)面和軸線。

2 詳細(xì)工藝設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備選型

為實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵件形狀切割，機(jī)床需具備五軸系統(tǒng)，并且主軸轉(zhuǎn)速達(dá)萬(wàn)轉(zhuǎn)以上。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，購(gòu)置了北京精雕有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為SmartCNC500的五軸加工設(shè)備，其最高主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)到28000rpm，能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給的加工方式，符合工藝要求。

2.2 工裝設(shè)計(jì)

工裝主要設(shè)計(jì)依據(jù)是：設(shè)計(jì)、工藝要求和設(shè)備條件（SmartCNC500五軸加工設(shè)備）。

夾具主要由定位套、回轉(zhuǎn)體組件等構(gòu)成。其中定位套為主定位基準(zhǔn)件，回轉(zhuǎn)體組件為與機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)連接件。機(jī)床回（下轉(zhuǎn)第8頁(yè)）（上接第9頁(yè)）轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)體組件旋轉(zhuǎn)，使工件獲得需要的翻轉(zhuǎn)角度，因此設(shè)計(jì)必須保證定位套、回轉(zhuǎn)體組件的回轉(zhuǎn)軸線與前面分析的軸線15重合，即保證工件裝夾后，平面A與回轉(zhuǎn)軸線夾角為θ3。

2.3 刀具設(shè)計(jì)

關(guān)鍵件材料為紫銅（T2y），其硬度低，機(jī)械性能中的延伸率4-6%和斷面收縮率35-45%較大，在加工過(guò)程中易“粘刀”，產(chǎn)生毛刺，所以在選擇刀具的時(shí)候要考慮這一特性。

在眾多的銑削刀具中，鋸片銑刀因其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，刀刃與工件接觸面積很小，切削力也較小，適用于此類加工[1]。具體刀具設(shè)計(jì)為30齒齒輪形狀，厚度0.8mm，以鎢鋼YT8作為材料，硬度值為HV1600。

3 工藝試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)一系列的工藝試驗(yàn)，基本確定了工藝參數(shù)，加工的零件滿足設(shè)計(jì)要求。

采用此種工藝加工的零件裝配到專用設(shè)備后，在后序進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中得到了比較理想的結(jié)果。

4 結(jié)論

（1）研究確定了關(guān)鍵件加工的工藝流程及加工方式；

（2）根據(jù)加工設(shè)備連接結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵件尺寸及空間角度分析計(jì)算結(jié)果，研制了加工專用定位工裝；

（3）根據(jù)關(guān)鍵件的加工要求，研制了平面銑削齒輪刀具；

（4）經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)，確定了關(guān)鍵件平面銑削加工參數(shù)，加工出的零件滿足設(shè)計(jì)要求；

（5）采用此種工藝加工出的零件，在專用設(shè)備物理性能測(cè)試中得到了比較理想的性能數(shù)據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《銑工技術(shù)》編寫組.銑工技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1973：30-37.

[責(zé)任編輯：湯靜]