多型面零件批量數(shù)控加工方案

■陜西航空電氣有限公司 （興平 713107）

童 斌

1. 問題的提出

隨著數(shù)控設(shè)備技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控設(shè)備在機(jī)械加工專業(yè)發(fā)揮著巨大的作用。特別是運(yùn)用數(shù)控設(shè)備能大量削減新品研發(fā)所需的工裝夾具，縮短加工周期，保證多型面零件的質(zhì)量，在日益競爭激烈的新品研發(fā)市場具有十分重要的意義。因此，研究多型面零件數(shù)控加工方案是我們義不容辭的責(zé)任。例如圖1所示機(jī)殼零件，按照以往的生產(chǎn)方案，由鑄造車間投入模具直接鑄造出零件外部輪廓，再采用大量夾具分工序完成零件加工；要么設(shè)計(jì)專用夾具和刀具用棒料加工零件（包括零件外輪廓）。這兩種方案都需要很長的生產(chǎn)周期，且零件質(zhì)量不穩(wěn)定。

圖 1

2. 解決方案

數(shù)控設(shè)備之所以能實(shí)現(xiàn)多型面或復(fù)雜型面零件的加工，主要靠多軸聯(lián)動功能和計(jì)算機(jī)輔助程序編制功能。其理論基礎(chǔ)是應(yīng)用球面銑刀沿零件型面切面方向切削材料。采用數(shù)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)復(fù)雜型面的加工只需要自備簡單工裝或直接選用通用工裝來完成，不僅節(jié)約加工成本，而且避免人為因素所產(chǎn)生的質(zhì)量不穩(wěn)定問題。但是通過多年來的摸索，我們發(fā)現(xiàn)多軸聯(lián)動的加工方法生產(chǎn)效率低下，也可以通過劃分零件加工區(qū)域?qū)?～4軸聯(lián)動轉(zhuǎn)換為2～3軸聯(lián)動，降低聯(lián)動軸數(shù)量，提高生產(chǎn)效率。道理很簡單，對于同一加工面，采用3～4軸聯(lián)動，球面銑刀沿零件型面切面去除余量遠(yuǎn)小于2～3軸聯(lián)動時銑刀母線去除的余量。采用該方法完成零件加工的方法如下。

（1）建立數(shù)字模型：按照零件圖要求建立三維數(shù)字模型，準(zhǔn)確、正確的數(shù)字模型是完成零件加工的基礎(chǔ)，為了便于保證零件最終尺寸，建模尺寸按零件圖尺寸中差控制。

（2）建立毛坯模型：根據(jù)零件所加工部位、實(shí)際毛坯的尺寸以及工裝所占據(jù)空間形狀尺寸建立毛坯模型。

（3）編制數(shù)控程序：根據(jù)零件要求及所提供毛坯編制加工程序。在編制加工程序過程中運(yùn)用CAM軟件中提供的加工刀路修剪功能及坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)功能完成數(shù)控程序編制。

3. 方案實(shí)施

結(jié)合上圖實(shí)例詳述實(shí)施過程如下。

（1）建立數(shù)字模型。參照零件圖要求建數(shù)字模型，建模尺寸按零件圖尺寸中差控制，模型建完后仔細(xì)與零件圖進(jìn)行核對，確保模型的正確性和準(zhǔn)確性；模型的正確和準(zhǔn)確是決定零件質(zhì)量的基礎(chǔ)。

（2）建立毛坯模型。根據(jù)零件所加工部位，建立毛坯。毛坯的準(zhǔn)確合理決定最后程序的質(zhì)量。按照本零件的加工要求建立如圖2所示毛坯。

圖 2

（3）編制數(shù)控程序。加工區(qū)域的劃分：根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將零件劃分為如圖3所示矩形加工區(qū)域，每個加工區(qū)域主軸都垂直于矩形表面，實(shí)際加工表面為矩形區(qū)域沿主軸方向在零件表面的投影區(qū)域。

選擇刀具：根據(jù)零件的最大切削深度，以及狹窄區(qū)域的尺寸，選擇粗加工刀具為f16mm立銑刀，精加工刀具為f10mm球面銑刀，銑兩缺口刀具為f 6mm立銑刀以及相應(yīng)的鉆頭。

圖 3

加工操作創(chuàng)建：根據(jù)加工區(qū)域創(chuàng)建相應(yīng)的加工操作，水平加工區(qū)域采用立軸加工，去除主要余量，并完成圓臺加工；圓柱面加工面被分為如圖3所示3個豎直矩形區(qū)域，采用臥軸進(jìn)行加工，3個臥軸坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換通過在程序開始時添加工作臺回轉(zhuǎn)定位指令即可實(shí)現(xiàn)；由于3個臥軸加工區(qū)域部分重疊，可保證零件整個加工面完整，不會留有盲區(qū)。

切削參數(shù)確定：加工材料為鋁合金，定位方式為心軸定內(nèi)止口，用拉桿從上部拉緊，定位可靠，在選用切削參數(shù)時，只考慮產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。粗加工刀具f16mm立銑刀，轉(zhuǎn)速1 200r/min，進(jìn)給速度200mm/min，切削深度6mm/層，精加工f 10mm球面銑刀，轉(zhuǎn)速2 500r/min，進(jìn)給速度500mm/min；其他刀具切削參數(shù)可根據(jù)刀具手冊適當(dāng)選取，這里不再重復(fù)。

程序處理：由于機(jī)床臥軸時主軸正方向始終在y軸正方向上，所以，在處理程序之前，需要分別將各加工坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)至y軸與刀軸重合，然后分別處理機(jī)床代碼程序，然后分別在程序開頭加上工作臺旋轉(zhuǎn)指令，保證各程序相對角度位置正確。

4. 實(shí)施效果

按此方案對此零件進(jìn)行加工，單件用時2h，生產(chǎn)效率滿足生產(chǎn)周期要求，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，各尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

[1] 謝國明，曾襄陽，王學(xué)平. UGCAM實(shí)用教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2] 張益芳，等. 金屬切削手冊[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2011.