范繼紅

（廣州市增城區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣州 511300）

圓弧面球冠零件數(shù)控加工工藝分析

范繼紅

（廣州市增城區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣州 511300）

以典型零件加工為例，從機(jī)床和刀具方面探討圓弧面球冠零件、薄壁球冠零件的數(shù)控車床加工、設(shè)計(jì)工藝路線和加工方案，以期解決這類零件加工的技術(shù)難題。

圓弧面球冠零件，數(shù)控車床，加工工藝

0 引言

運(yùn)用數(shù)控車床加工圓弧面球冠零件的第一步就是對(duì)該零件圖進(jìn)行認(rèn)真觀察和分析，主要對(duì)其結(jié)構(gòu)工藝性、輪廓幾何要素、精度、施工技術(shù)等進(jìn)行分析[1]。運(yùn)用數(shù)控機(jī)床來(lái)加工圓弧面球冠零件時(shí)，需要按照數(shù)控車削的特點(diǎn)，先認(rèn)真審核零件結(jié)構(gòu)圖是否合理；在手工編程時(shí)，應(yīng)該計(jì)算出每一個(gè)基點(diǎn)準(zhǔn)確的坐標(biāo)值，分析幾何元素的給定條件是否充分；在確定了需要加工零件的尺寸精度、表面粗糙度以后，還需要根據(jù)其特征選擇最佳的裝夾方式和切削工具，計(jì)算好切削用量，使用最佳的加工方法。

1 圓弧面球冠零件技術(shù)要求和加工工藝

本文以圓弧面球冠零件為例，分析了其數(shù)控加工工藝。該零件的內(nèi)球面尺寸為、外球尺寸為，其他尺寸如圖1所示。該零件加工步驟可以簡(jiǎn)單表述為：進(jìn)行工藝分析→確定加工路線→確定刀具和夾具→確定切削用量→編寫加工程序→測(cè)量。

對(duì)圓弧面冠零件進(jìn)行加工主要包含四個(gè)步驟：第一步，分析零件的各項(xiàng)精度、加工技術(shù)要求是否合理、有無(wú)遺漏；第二步，分析經(jīng)數(shù)控車削后的零件加工精度是否滿足圖樣要求，假若無(wú)法達(dá)到，必須通過(guò)其他措施，確保余量足夠；第三步，零件圖樣中對(duì)位置精度提出要求的零件表面，保證一次安裝成功；最后一步，針對(duì)切削表面粗糙度較高的零件表面，需要運(yùn)用恒線速的方式切削，考慮到采用直接裝夾的方式加工和測(cè)量操作起來(lái)比較困難，為此根據(jù)工件的特點(diǎn)重新設(shè)計(jì)了工裝，在數(shù)控車床上便可以進(jìn)行[2]。本文使用的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)商為TECNOWASINOCO.LTD，使用的系統(tǒng)為FANUCO，最大的車削加工直徑為Φ470 mm，可加工長(zhǎng)度1 000 m，為了防止零件應(yīng)溫度過(guò)高變形需使用美孚切削液。根據(jù)該零件圖樣尺寸的分布情況，將工件左端面中心位置作為坐標(biāo)系原點(diǎn)O，換刀點(diǎn)的坐標(biāo)為X500，Z400。

圖1 球冠零件

2 圓弧面球冠零件加工

2.1 整體優(yōu)勢(shì)加工

粗加工的作用是除去零件上多余量以及給下一步加工準(zhǔn)備夾持臺(tái)階。操作步驟如下：首先在臥式車床上加工出Φ465 mm的圓臺(tái)階，然后在數(shù)控機(jī)床上加工出R396 mm和Φ200 mm的臺(tái)階，調(diào)頭裝夾，將Φ200 mm的臺(tái)階圓夾持住，然后在內(nèi)球面粗車，剩余1.5 mm的加工余量，再由人工進(jìn)行時(shí)效處理，具體如圖2和圖3所示：

圖2 臥車加工圖

圖3 內(nèi)球面精加工圖

2.2 加工外球面

對(duì)外球面進(jìn)行加工，選擇厚度為（4.76±0.13）mm的刀片，刀尖高度的允許差控制在±0.08 mm，刀尖角控制在80°，在完成裝刀以后，再尋找刀尖中心跟零件旋轉(zhuǎn)中心多對(duì)應(yīng)的位置，保證兩個(gè)中心彼此重合，誤差范圍在0.02 mm內(nèi)。對(duì)外球面進(jìn)行加工時(shí)，具體加工步驟為：①將尖刀朝向的代號(hào)以及尖刀半徑值0.2 mm帶入至補(bǔ)刀頁(yè)面中，為了確保外球面的加工精度，可以使用G41編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。②夾持住Φ200 mm的圓臺(tái)階，使用G71編程來(lái)操作，外球面的加工使用G73編程完成，軸方向的深度為0.05 mm，Z向留足余量后，對(duì)外球面進(jìn)行試加工，將M8螺釘松開(kāi)后將零件取出，在溫度為22℃的恒溫條件測(cè)量該零件，將所測(cè)得的半徑值跟圖樣進(jìn)行對(duì)比，然后將二者的差值輸入刀補(bǔ)界面的尖刀半徑中，采用這種測(cè)量和補(bǔ)償不到3次，便可以保證外球面的半徑符合公差的要求?？紤]到車一次Z向便需要進(jìn)一點(diǎn)刀，只有最后一刀完成后工件才能達(dá)到圖樣要求的尺寸，如此整個(gè)圓弧面球冠零件的加工完成。

2.3 內(nèi)球面的精加工

第一步：調(diào)整卡盤的位置，將Φ200 mm圓臺(tái)階夾持住，開(kāi)展內(nèi)球面加工，只需將尖刀的半徑值0.2 mm和尖刀的朝向代號(hào)輸入補(bǔ)刀頁(yè)面中，再使用編程就可完成精加工。

第二步：跟零件旋轉(zhuǎn)中心位置相比，刀尖中心位置作為內(nèi)球面精加工的重要環(huán)節(jié)，因此必須保證刀尖中心和零件旋轉(zhuǎn)中心對(duì)準(zhǔn)。選擇厚度為（4.76±0.13）mm的刀片，刀尖高度的允許誤差控制在±0.08 mm，裝刀以后，采用切削的方法找到刀尖中心以及零件的旋轉(zhuǎn)中心，保證兩中心的重合，誤差范圍控制在。

第三步：精加工的指令選擇G71，軸方向背吃刀量控制在0.5 mm，Z軸方向留余量后試加工內(nèi)球面，然后將工件取出，在溫度為22℃環(huán)境下測(cè)量，將所測(cè)的半徑值跟圖樣作對(duì)比，把差值補(bǔ)入刀補(bǔ)頁(yè)面的尖半徑精度中，這樣的測(cè)量和補(bǔ)充控制在3次內(nèi)，即可以讓內(nèi)球面的半徑符合公差的要求。另外，每進(jìn)行一次車削，Z向都會(huì)進(jìn)一點(diǎn)刀，在最后一刀完成后才能符合圖樣要求的尺寸，并且在使用外圓刀加工Φ460 mm的外圓時(shí)，作為找正內(nèi)孔的基準(zhǔn)。

3 工裝設(shè)計(jì)

加工內(nèi)球面SR（384.3±0.05）mm需與內(nèi)球面配加工，以防因零件壁過(guò)薄而變形。工裝上Φ8.5 mm的孔，要在數(shù)控銑床上嚴(yán)格按零件上各孔的位置加工出來(lái)，內(nèi)臺(tái)階孔比零件外圓大0.5 mm。在該圓周436 mm的位置處要求作一個(gè)Φ8.5 mm的安裝孔，但是在預(yù)加工過(guò)程中任意選擇彼此呈90°的4個(gè)孔位，將其加工成Φ6.7 mm，因此在圓周436 mm孔位置加工完成后，再改成通過(guò)鉗工來(lái)完成M8內(nèi)螺紋的加工，其中加工步驟可以根據(jù)圖樣要求加工至Φ8.5 mm，具體如圖5所示。零件跟工裝的連接螺紋選擇4-M8，采用數(shù)控加工方式，由鉗工按照規(guī)定加工16-Φ8.5 mm的安裝孔。工裝完成以后，將工件裝入數(shù)控卡盤上，工裝內(nèi)孔和端面的加工使用鏜刀，以使工裝形位的誤差最小。使用4個(gè)M8螺釘從工裝背后拉緊零件，利用百分表找到Φ460 mm的外圓，保證外圓的跳動(dòng)量在0.02 mm范圍內(nèi)，最后再全部拉緊零件，如圖6所示。

圖4 工裝圖

圖5 零件工藝孔圖

圖6 零件裝配圖

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)圓弧面球冠零件進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，首先要弄清楚圓弧面球冠零件技術(shù)要求和加工工藝，然后再根據(jù)該加工工藝先整體優(yōu)勢(shì)加工，然后加工外球面，最后精加工內(nèi)球面，如此便能夠完成圓弧面球冠零件進(jìn)行數(shù)控加工操作。

[1]周宏甫．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2005．

[2]楊建明．?dāng)?shù)控加工工藝與編程[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，2006．