雙面零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計及實現(xiàn)

高曉芳 ， 王 斌

（1.山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046011；2.山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西 長治 046011）

使用三坐標(biāo)數(shù)控銑床加工雙面零件時，需結(jié)合零件加工的內(nèi)容及零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合理的裝夾方式，盡可能縮短裝夾時間及對刀時間，以提升雙面零件的加工效率及加工精度[1-3]。

1 典型雙面零件的工藝分析

典型雙面零件的零件圖如圖1所示，其外形尺寸為78 mm×78 mm×18 mm，材料為鋁。零件的頂面主要由外形輪廓、凹槽及4×Φ8的盲孔組成。其中，外輪廓主要由首尾相切的圓弧組成。由圖紙可知，外形輪廓尺寸精度要求不高，但深度方向尺寸精度要求比較高，且外輪廓側(cè)面的表面粗糙度要求為Ra3.2。內(nèi)輪廓為兩層輪廓，其中一層由圓弧和直線組成，另一層為整圓，其尺寸精度要求不高，無表面粗糙度要求及形位公差要求?？椎募庸ぞ纫蟛桓撸斆婧偷酌嬗衅叫卸纫?。該零件為批量生產(chǎn)，在加工過程中，在滿足加工精度的前提下需提高加工效率[4]。擬采用平口鉗進(jìn)行裝夾，需解決零件頂面及底面加工優(yōu)先次序的選擇、裝夾高度及翻面加工定位基準(zhǔn)的找正等技術(shù)問題[5]。

2 加工方案設(shè)計

工件毛坯尺寸為80 mm×80 mm×20 mm，單邊余量為1 mm。如圖1所示，頂面有凸臺且高度為5

圖1 雙面零件圖

mm，如若先加工頂面，則加工底面時需夾住凸臺外輪廓，而凸臺外形輪廓為不規(guī)則零件，不方便裝夾。而如若夾住零件的78 mm×78 mm外形輪廓加工零件，那么外形輪廓將有接刀痕。經(jīng)過分析，先加工底面，翻面后加工頂面，避免產(chǎn)生接刀痕，且夾持表面為兩平行平面，可以保證夾具能牢固夾住工件，在切削過程中避免受切削力的影響改變原來的位置[6]。故零件的擬加工方案為，首先夾住6 mm的毛坯面，加工底面，翻面后夾住底面的外形輪廓，加工頂面的外形輪廓、內(nèi)槽及孔。為了提高零件的加工效率，可在工作臺裝夾兩個平口鉗，分別進(jìn)行零件的頂面及底面的加工[7]。

3 底面的裝夾及加工

3.1 底面零件的裝夾

使用事先準(zhǔn)備好的鉗口如圖2所示，鉗口臺階高為5 mm。留出78 mm×78 mm的側(cè)壁高度及毛坯表面加工余量，夾住5 mm的毛坯表面。裝夾時將毛坯靠近平口鉗一側(cè)，方便對刀。裝夾時用銅棒輕敲工件，使毛坯與平口鉗定位面貼緊。X軸可對至鉗口一側(cè)，向中心偏移（左側(cè)）40 mm；Y軸可對至定鉗口，向中心偏移40 mm；Z軸為毛坯上表面向下偏移5 mm。將X、Y、Z三個坐標(biāo)的對刀值放置在坐標(biāo)系1中，由于是批量生產(chǎn)，毛坯位置相對固定，可按設(shè)置工件坐標(biāo)原點(diǎn)加工零件[8]。

圖2 底面加工裝夾示意圖

3.2 底面零件的加工

1）底面表面加工。底面表面加工，采用Φ12的立銑刀加工，去除表面0.5 mm的余量，刀路采用往復(fù)加工，主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，進(jìn)給為1 000 mm/min，行距為刀具直徑的60%，加工刀路如圖3（a）所示。

2）底面輪廓的粗精加工。底面輪廓的粗加工，同樣采用Φ12的立銑刀加工，留0.2 mm的加工余量，銑削的側(cè)壁余量為0.8 mm，高度為14 mm，采用分層加工去除余量，主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，進(jìn)給為1 000 mm/min，加工結(jié)果如圖3（b）所示。底面輪廓的精加工，為了保證零件的加工精度，更換一把Φ12的立銑刀加工，加工余量為0，銑削的側(cè)壁余量為0.2 mm，高度為14 mm，主軸轉(zhuǎn)速為4 500 r/min，進(jìn)給為600 mm/min，加工結(jié)果如圖3（c）所示。

圖3 底面零件加工刀路

4 頂面的裝夾及加工

4.1 頂面的裝夾

頂面的加工項外形輪廓高度為5 mm，因此高出鉗口6 mm裝夾即可。使用如圖4所示的鉗口，鉗口臺階高為11 mm。頂面與底面的平行度公差為0.05 mm。裝夾中，用銅棒輕敲工件表面，使底面與平口鉗定位面貼緊。裝夾時使用萬向定位器X定位方向。加工時可先銑去毛坯一側(cè)的余量，露出下面已加工的側(cè)面。X軸可對至銑削后的側(cè)壁，向中心偏移（左側(cè)）40 mm；Y軸對至定鉗口，向中心偏移40 mm；Z軸為毛坯上表面向下偏移2.5 mm。將X、Y、Z三個坐標(biāo)的對刀值放置在坐標(biāo)系2中，由于工件位置相對固定，可按設(shè)置工件坐標(biāo)原點(diǎn)加工剩余部分[9]。

圖4 頂面加工裝夾示意圖

4.2 頂面的加工

1）頂面表面的粗精加工。頂面表面的粗加工，采用Φ12的立銑刀加工，去除表面1.3 mm的余量，刀路采用往復(fù)加工，主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，進(jìn)給為2 000 mm/min，行距為刀具直徑的60%。頂面表面的精加工，去除表面0.2 mm的余量，刀路采用往復(fù)加工，主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，進(jìn)給為1 000 mm/min，行距為刀具直徑的60%，加工刀軌如圖5所示。

圖5 頂面表面加工

2）頂面外輪廓的粗精加工。頂面外輪廓的粗加工，采用Φ12的立銑刀加工，去除底面和側(cè)壁都為0.2 mm的余量，刀路采用跟隨部件的方法，主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，進(jìn)給為2 000 mm/min，行距為2 mm，加工刀軌如圖6（a）所示。頂面外輪廓的精加工，去除底面0.2 mm的余量，刀路采用跟隨周邊的方法，主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，進(jìn)給為800 mm/min，行距為刀具直徑的50%，加工刀軌如圖6（b）所示。頂面外輪廓側(cè)壁的精加工，去除側(cè)壁0.2 mm的余量，刀路采用輪廓的加工方法，主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，進(jìn)給為1 000 mm/min，加工刀軌如圖6（c）所示。

圖6 頂面外輪廓粗精加工刀路

3）頂面內(nèi)輪廓的粗精加工。頂面Φ14圓內(nèi)輪廓的粗加工，用Φ8的立銑刀加工，留底面和側(cè)壁0.2 mm的余量，刀路采用螺旋銑削的方式，主軸轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，進(jìn)給為500 mm/min，螺旋角為1°，加工刀軌如圖7（a）所示。頂面Φ14圓內(nèi)輪廓的精加工，去除0.2 mm的余量，刀路采用螺旋下刀的方式銑削底面和側(cè)壁，主軸轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，進(jìn)給為500 mm/min，螺旋角度為2°，加工刀軌如圖7（b）所示。4×R7內(nèi)輪廓的粗加工，用Φ12的立銑刀加工，留底面和側(cè)壁0.2 mm的余量，刀路采用沿輪廓形狀螺旋下刀的加工方法，主軸轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，進(jìn)給為1 500 mm/min，加工刀軌如圖7（c）所示。4×R7內(nèi)輪廓的精加工，去除底面和側(cè)壁0.2 mm的余量，刀路采用沿輪廓銑削的加工方法，主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，進(jìn)給為800 mm/min，加工刀軌如圖7（d）所示。

圖7 頂面內(nèi)輪廓粗精加工刀路

4）4×Φ8孔加工。對于4×Φ8孔定位加工，首先使用Φ3的中心鉆定位，鉆削深度為3 mm，主軸轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，進(jìn)給為50 mm/min，加工刀軌如圖8（a）所示。4×Φ8孔加工，使用Φ8的麻花鉆，主軸轉(zhuǎn)速為500 r/min，進(jìn)給為50 mm/min，加工刀軌如圖8（b）所示。

圖8 4×Φ8孔加工刀路

5 結(jié)論

仿真結(jié)果表明，對于雙面零件的加工，需要根據(jù)零件圖紙的設(shè)計要求，設(shè)計合理的加工工藝方案，提高零件的定位效率和加工精度[10]。通過使用改良后的夾具，能夠有效提高雙面零件的加工效率與加工質(zhì)量，該方法可為同類零件的加工提供參考。