王秀華，孫曉麗，唐明旭

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300）

1 保持架結(jié)構(gòu)

圓柱滾子軸承新型保持架為一種整體結(jié)構(gòu)保持架，如圖1所示。圓柱滾子軸承保持架孔的加工，一般是在保持架軸向方向加工兜孔或在徑向方向加工方孔，都是屬于二維曲面的加工。而新型保持架是在保持架徑向方向加工出圓柱形曲面孔（圖1），此曲面孔屬于三維曲面。圓柱形曲面孔需要分兩次加工完成，即加工出一面半圓柱三維曲面后再加工另一面半圓柱三維曲面。

圖1 保持架結(jié)構(gòu)

2 工藝可行性分析

2.1 加工可行性分析

普通鏜床和銑床在切削加工過程中只能進(jìn)行二維曲面的加工，無法實(shí)現(xiàn)三維曲面的加工。因此，選用鉆銑加工中心對(duì)三維曲面進(jìn)行加工。鉆銑加工中心的數(shù)控裝置能夠同時(shí)控制兩軸或多軸，對(duì)加工位置和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能、刀具補(bǔ)償功能和鏡像功能等。因此，選用四軸三聯(lián)動(dòng)立式加工中心可以對(duì)此三維曲面孔進(jìn)行加工。

2.2 刀具選擇及干涉分析

對(duì)于三維曲面孔，選擇刀具最佳方案為球形端銑刀。因?yàn)椴捎们蛐味算娂庸とS曲面，只要使球形刀的球心位于所加工表面等距面上，無論刀具路線及刀軸方向如何安排，均能銑削出所需要的曲面形狀。用球形端銑刀在四軸三聯(lián)動(dòng)加工中心上一次裝夾加工三維曲面，雖然刀心約束在加工曲率的等距離上，銑刀軸向方向可以根據(jù)曲面形狀和約束的形狀及位置來確定，但是z軸方向必須單調(diào)（即z軸始終垂直于xy平面）才能實(shí)現(xiàn)加工。四軸三聯(lián)動(dòng)立式加工中心z軸屬于單調(diào)，因此，可以實(shí)現(xiàn)加工。

球形端銑刀加工三維曲面過程為避免出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，要求球形刀半徑必須小于曲面凹處的最小曲率半徑。因此，在工藝設(shè)計(jì)中，要分析整個(gè)待加工曲面的最小內(nèi)凹曲率半徑，并以此作為刀具半徑的選擇依據(jù)。但是當(dāng)曲面有很小的內(nèi)凹曲率半徑時(shí)，也不能因?yàn)榭赡馨l(fā)生干涉而采用很小的刀具進(jìn)行加工。合理方法是，首先采用大的球形端銑刀進(jìn)行加工，然后對(duì)凹尖角處進(jìn)行后續(xù)處理。選擇好刀具半徑后，根據(jù)圖形尺寸就可以確定三維曲面的加工位置。從圖1可以看出，在B和B′處加工三維曲面，刀具不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。

通過對(duì)刀具選擇和干涉的分析，可確定出兩加工平面內(nèi)刀具的運(yùn)行軌跡，如圖2所示。

圖2 刀具運(yùn)行軌跡

根據(jù)上述工藝分析確定出圓柱形三維曲面孔的加工工序?yàn)椋捍帚@孔→銑方孔→銑三維曲面孔→三維曲面孔四角清根。

3 手工編程實(shí)現(xiàn)分析［1］

對(duì)于三維曲面，自動(dòng)編程是最合理的選擇，在沒有自動(dòng)編程軟件情況下，只能靠手工編程來實(shí)現(xiàn)三維曲面的加工。但并非所有三維曲面都能依靠手工編程來實(shí)現(xiàn)，例如復(fù)雜導(dǎo)動(dòng)曲面、葉片曲面等，其曲線不是單一曲線，編程時(shí)每個(gè)曲線拐點(diǎn)處都需要給出起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，手工計(jì)算難度太大。而保持架三維曲面孔為圓柱形曲面，其曲線是單一圓弧曲線，因此，只要給出圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)就可以實(shí)現(xiàn)手工編程。

首先計(jì)算刀位點(diǎn)起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)值。刀具與加工表面關(guān)系如圖3所示，球形刀刀位點(diǎn)即為刀心C0，刀具在工件坐標(biāo)系中準(zhǔn)確的位置可以用刀位點(diǎn)和刀軸矢量進(jìn)行描述。刀心坐標(biāo)（0，0，0）和其刀軸矢量坐標(biāo)（0，0，1）固定不變。球形刀銑削加工表面上任意一點(diǎn)P的刀心點(diǎn)矢計(jì)算式為：

圖3 刀具與加工表面關(guān)系

式中：rC0為刀心的點(diǎn)矢；rP為加工表面上切觸點(diǎn)P的點(diǎn)矢；R為刀具半徑；n為加工表面P點(diǎn)處的單位法向矢量。

從圖3和（1）式可以看出，球形刀的球心位于加工表面的等距面上，距離為刀具半徑R，將（1）式寫成分量形式為：

通過（2）式可以分別求出刀位點(diǎn)起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)。

從新型保持架三維曲面孔的加工工藝可以看出，粗鉆孔和銑方孔為二維加工，手工編程在圖1中A點(diǎn)處很容易實(shí)現(xiàn)。三維曲面孔的銑加工和四角清根為三維曲面加工，根據(jù)加工工藝尺寸分別求出刀位點(diǎn)起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)，即可實(shí)現(xiàn)手工編程。

從圖2刀具運(yùn)行軌跡可知，程序的編排有兩種情況，一種是在xz平面上（圖2a）；另一種是在yz平面上（圖2b）。操作者可任選一種加工平面，手工編排一半三維曲面程序，再通過鏡像功能實(shí)現(xiàn)另一半三維曲面程序的編排。

4 結(jié)束語

在四軸三聯(lián)動(dòng)立式加工中心上試制加工出的這種新型保持架，其孔各項(xiàng)加工尺寸和精度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，裝入軸承試驗(yàn)效果良好。