吳慧娟

（山西新富升機(jī)器制造有限公司，山西 太原 030013）

0 引 言

近年以來，機(jī)械加工中常有復(fù)雜曲線構(gòu)成的非圓曲線（例如橢圓線、拋物線、雙曲線、漸開線等）零件，非圓曲線加工成為生產(chǎn)制造中的熱點(diǎn)。本文以實(shí)例對非圓曲線零件的進(jìn)行圖樣分析，定位、找正、夾緊的基準(zhǔn)面、粗精加工用的刀具等因素進(jìn)行工藝分析，最終確定優(yōu)質(zhì)、高效、安全、低耗的加工方案；既保證了產(chǎn)品質(zhì)量，又滿足了用戶要求[1]。

1 圖樣分析

見圖1,該零件在其180°面上半徑從R275 mm過渡到R395 mm，隨著兩側(cè)的開口角從a＝21°上升到a=35°，所對應(yīng)的開口尺寸也從641 mm擴(kuò)大到1 008 mm。零件材料60C rMnMo，調(diào)質(zhì)硬度大于320HBW，加工中要保證弧形尺寸正確、接縫良好、表面粗糙度良好。當(dāng)零件兩半對稱加工，制造難度很大，零件曲面若有偏差將會造成錐形或管壁厚薄不勻、直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2 工藝分析

1）從圖1零件曲面三維造型看出，該零件為自由三維曲面，是曲線起伏范圍很大的非回轉(zhuǎn)體，不能使用車床加工，需在數(shù)控臺鏜上進(jìn)行加工。2）因零件表面是弧度變化、且參數(shù)連續(xù)的，根據(jù)加工要求，從加工切分的位置上精心選擇，采用大小圓及中間過渡處分割為四段更有利于程序安排和機(jī)床加工，也使表面的連續(xù)性得到有效保證，經(jīng)過反復(fù)考慮，最后決定把零件分為四段加工，即按徑向象限分割成四部分。3）將360°圓周曲線分為四步加工，每次加工90°角，利用機(jī)床工作臺B軸旋轉(zhuǎn)可以加工兩個(gè)90°角，然后轉(zhuǎn)動工件90°加工剩余的兩個(gè)區(qū)段。由于每個(gè)區(qū)域要去掉的鐵屑體積相差很大、重量不等，加工的先后次序直接影響零件精度。經(jīng)過反復(fù)考慮，決定先加工切屑小的90°區(qū)域（小口），工作臺旋轉(zhuǎn)180°后加工切屑大的90°區(qū)域（大口）；然后軸向轉(zhuǎn)動工件90°，小口朝下大口朝上，再加工剩余兩側(cè)，這樣零件重心朝下的穩(wěn)定性較好。4）零件裝夾采用水平V型鐵放置、側(cè)邊輔助支承的方法，既利于裝卡，又利于找正。為保證零件的粗糙度，分為粗加工及精加工；因材料硬度要求高，選擇刀具至關(guān)重要。粗加工刀具選用 160R5圓弧陶瓷刀片刀盤銑出階梯狀，再用 80玉米銑刀清根。精加工刀具選用可轉(zhuǎn)位合金刀片球頭銑刀（光刀時(shí)若有磨損或崩裂現(xiàn)象，可以及時(shí)更換刀片），并且盡可能使用圓弧涂層刀片（以保證加工精度的穩(wěn)定性及良好的耐用度）。5）對于零件的曲線精度及機(jī)床的連續(xù)運(yùn)行可靠性，先要利用木制模型進(jìn)行試切加工，檢驗(yàn)曲面各項(xiàng)參數(shù)及程序的正確性；當(dāng)試切加工完成后，經(jīng)檢驗(yàn)和用戶專家認(rèn)可合格后，通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)最終確定合理加工方案。

圖1 零件的曲面三維造型圖

3 加工方案

1）零件的定位、找正、夾緊。在零件一端加長外圓上銑出直邊及45°找正基準(zhǔn)，以利于控制軸頭萬向接軸與零件起始位置。零件外圓兩端面各鉆鉸4個(gè)M24的定位用螺孔，一方面可在找正零件前后角度時(shí)利用千斤頂調(diào)整，另一方面可在加工中有效防止零件轉(zhuǎn)動、提高裝卡剛度。臺鏜工作臺上對稱擺放兩塊V型墊鐵，零件水平放置在V型墊鐵上，按精加工過的兩端找正壓緊工件[2]。2）零件的數(shù)控編程及原點(diǎn)設(shè)置。（1）零件有復(fù)雜的非圓曲線，采用純手工編程很難實(shí)現(xiàn)圖紙要求，需用計(jì)算機(jī)自動編程軟件。利用UG軟件，根據(jù)零件的二維圖形和廠家提供的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，繪制出三維實(shí)體模型，能為后續(xù)的自動編程提供實(shí)體模型參數(shù)；再用UG軟件，生成數(shù)控加工所需的數(shù)百萬條程序。（2）程序的坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在零件軸心線上，設(shè)置方法是：先把精車過的兩端軸徑精確測量出來，開出鏜桿輕靠在軸上方，在機(jī)床對刀選項(xiàng)里把Y設(shè)置為軸徑的一半加鏜桿的一半得出的數(shù)值，鏜桿裝上銑刀，把Y開到零上，然后Z向往前開、直到端齒接近軸最高點(diǎn)留約0.05 mm，在對刀選項(xiàng)里把Z直接設(shè)置為軸徑的一半；X的設(shè)置是鏜桿分別靠在零件大圓兩最外端、除以2的位置上清零，就有了工件X的零位。3）零件加工中的問題及解決方法。（1）原點(diǎn)設(shè)置好后，開始粗加工，粗加工按四段進(jìn)行，采用 160R5圓弧陶瓷刀片刀盤（按數(shù)控程序銑出階梯狀），每刀切削層深2 mm，留精加工余量0.8 mm；當(dāng)銑至底部時(shí)，由于 160 R5圓弧刀盤直徑大，達(dá)不到曲線要求，改用 80玉米銑刀清根。但加工第三段（大口）時(shí)出現(xiàn)了異常情況，程序正常運(yùn)行到后面時(shí)，刀盤刀體在對角的進(jìn)刀處逐漸碰上了上下方向暫不加工的毛坯；分析原因，是因UG軟件自動編程時(shí)不會考慮到另外兩個(gè)方向毛坯還未加工，自動認(rèn)為是空位造成的。為了避免磨傷刀體，采用玉米銑刀把可能磨傷刀體的毛坯提前銑掉一點(diǎn)，這樣就可有效避免了問題的發(fā)生。精加工采用 60可轉(zhuǎn)位合金刀片球頭銑刀。由于精加工程序特別長（一個(gè)區(qū)段程序就十幾兆、上百萬條之多），一旦出現(xiàn)臨時(shí)斷電或者死機(jī)等異常情況，程序斷點(diǎn)在哪里很難查找，若從頭開始加工浪費(fèi)時(shí)間又太多；后來想出辦法每半小時(shí)記錄一次程序坐標(biāo)，一旦異常中斷程序發(fā)生，根據(jù)記錄坐標(biāo)利用系統(tǒng)搜索指針，可迅速找到斷點(diǎn)的大概位置、以便繼續(xù)運(yùn)行程序，這樣不僅節(jié)約了時(shí)間、也保證了精加工的順利完成。

4 結(jié)束語

通過合理的加工方案，零件的非圓曲線加工順利完成，經(jīng)復(fù)核及用戶的現(xiàn)場確認(rèn)：零件加工取得良好效果，是加工的新思路。

[1] 楊繼宏.數(shù)控加工工藝手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2] 韓鴻鸞，張秀玲.數(shù)控加工技師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.