孫鐵城 王繼群

（北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，中國 北京100042）

0 引言

近幾年來，隨著數(shù)控多軸加工技術(shù)在數(shù)控領(lǐng)域中快速發(fā)展，多軸機(jī)床在數(shù)控機(jī)床中所占的比重越來越大，復(fù)雜機(jī)械零件的生產(chǎn)加工能力也進(jìn)一步提高。但是，多軸數(shù)控機(jī)床的成本較高，價格昂貴，目前對于中小企業(yè)，多軸機(jī)床的普及率還不高。在生產(chǎn)加工中，如果遇到多軸加工的實例，企業(yè)自己本身又不具備多軸設(shè)備的情況下，可以通過加工創(chuàng)新，改進(jìn)工藝的方法，使用三軸數(shù)控機(jī)床完成生產(chǎn)任務(wù)。本文在這里闡述了汽車車燈面罩模具豎紋的三軸加工創(chuàng)新過程。

1 汽車車燈面罩簡介

從20世紀(jì)開始，汽車就已經(jīng)成為人類社會重要的交通工具，大大方便了我們的出行，縮短了地域之間的距離，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。汽車車燈面罩是汽車中不可或缺的組成部分，它起到保護(hù)車燈，調(diào)節(jié)光線，美觀汽車外形的作用，面罩材質(zhì)通常是塑料，在表面上有很多豎紋，如圖 1。

圖1 汽車車燈面罩

2 汽車車燈面罩模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

汽車車燈面罩一般是通過模具注塑成型的，由于車燈面罩表面通常被設(shè)計成若干豎紋的外形，這就要求生產(chǎn)它的模具內(nèi)腔表面必須也具備若干豎紋，模具的豎紋結(jié)構(gòu)如圖2。由于豎紋的空間位置是傾斜的，因此給模具的生產(chǎn)加工帶來了一定的難度。

圖2 模具的豎紋結(jié)構(gòu)

3 模具豎紋的三軸加工創(chuàng)新

3.1 五軸加工

由于汽車車燈面罩模具豎紋的空間位置是傾斜的，因此這項生產(chǎn)任務(wù)首選的加工設(shè)備是五軸加工中心，五軸加工中心的數(shù)控加工功能十分強(qiáng)大，刀具可以傾斜轉(zhuǎn)動，從而解決了位置傾斜的豎紋難以加工的問題。

3.2 三軸加工方案創(chuàng)新分析

但是如果加工現(xiàn)場不具備五軸加工設(shè)備，如何用三軸的數(shù)控銑床來完成加工呢？我們知道，問題的關(guān)鍵在于模具豎紋的加工必須要求數(shù)控銑刀傾斜，而銑刀傾斜恰恰又是三軸銑床無法實現(xiàn)的，那我們可以做一個加工方案的創(chuàng)新，在三軸的數(shù)控銑床上增加一個角度頭，先把角度頭裝在銑床的主軸上，然后把銑刀最終裝在角度頭上，讓角度頭去實現(xiàn)傾斜加工，如圖3。

3.3 角度頭的設(shè)計及功能

角度頭該如何設(shè)計呢？

首先要讓角度頭具備兩種運動方式，一種是繞數(shù)控銑床的主軸即Z軸轉(zhuǎn)動，另一種是裝卡數(shù)控銑刀的角度頭懸臂可以擺動，如圖4。如何來實現(xiàn)這兩種運動方式呢？我們分別在兩個運動部位上，通過設(shè)計2組法蘭盤就可以實現(xiàn)，在每組法蘭上設(shè)計36個螺紋孔，如圖5。需要轉(zhuǎn)動時，先卸下螺絲，就可以旋轉(zhuǎn)法蘭盤，再重新擰緊螺釘，這樣角度頭就能夠以10度為單位進(jìn)行機(jī)械旋轉(zhuǎn)了，角度頭懸臂擺動也是用這種方法。雖然沒有實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，但對于加工車燈模具已經(jīng)沒有問題了。

圖3 角度頭

圖4 角度頭旋轉(zhuǎn)擺動示意圖

圖5 法蘭盤示意圖

其次，還要給角度頭單獨配伺服電動機(jī)，這一點也很重要。我們知道，裝在數(shù)控銑床主軸的銑刀高速旋轉(zhuǎn)銑削工件時，動力從哪來？當(dāng)然是通過主軸伺服電動機(jī)傳遞的。同樣道理，裝在角度頭懸臂上的銑刀銑削旋轉(zhuǎn)的動力從哪來呢？可以有兩種方法解決這個問題，一種方法是在角度頭內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)中加入錐齒輪，利用錐齒輪把銑床原來主軸的旋轉(zhuǎn)運動直接傳遞給角度頭懸臂。另一種方法是給角度頭單獨配伺服電動機(jī)，利用伺服電動機(jī)帶動角度頭懸臂旋轉(zhuǎn)，這里采用第二種方法。

再次，讓角度頭上部具備刀柄結(jié)構(gòu)，這樣做是為了能把角度頭順利的裝卡在數(shù)控銑床的主軸上，使角度頭與機(jī)床融為一體。

利用增加了角度頭的三軸數(shù)控銑床就可以加工模具表面豎紋了，如圖6所示，數(shù)控銑刀實現(xiàn)了傾斜加工，完成了模具制作。雖然設(shè)計制作角度頭也需要一定的成本，但比起購買多軸設(shè)備，成本還是大大降低了，從而節(jié)約了資金。

圖6 模具豎紋加工過程

3．4 模具精度的檢測

汽車車燈面罩模具加工完成以后，使用三坐標(biāo)測量機(jī)對其進(jìn)行尺寸、形狀、位置、曲面曲率的全方位檢測。經(jīng)過檢測，增加了角度頭的三軸數(shù)控銑床所加工的模具精度完全合格，與五軸數(shù)控機(jī)床加工效果的一樣，達(dá)到了生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

3．5 加工成果

汽車車燈面罩模具的加工成果如圖7所示。

圖7 模具產(chǎn)品成果

3．6 展望

本次創(chuàng)新中的角度頭并沒有能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動，而是依靠法蘭盤以10度為單位進(jìn)行機(jī)械轉(zhuǎn)動，我們可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新，通過對其機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制的改進(jìn)，實現(xiàn)角度頭連續(xù)轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步提高它的加工功能，甚至可以用來加工航空航天、核能、能源領(lǐng)域的關(guān)鍵零部件，如飛機(jī)發(fā)動機(jī)的葉片、核電泵葉片、火電汽輪機(jī)葉片等，使其成為數(shù)控機(jī)床重要的附件。

4 結(jié)束語

在數(shù)控加工中，我們經(jīng)常會遇到各種各樣的難題。例如由于設(shè)備的原因，要求我們用三軸機(jī)床來完成五軸機(jī)床的加工任務(wù)，我們通過引入角度頭，圓滿的完成了車燈模具的數(shù)控加工。只要我們開創(chuàng)思維，改進(jìn)工藝，制定新的加工方案，就能夠克服困難，解決生產(chǎn)加工中的問題。

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