復(fù)雜曲面手輪的數(shù)控加工

中國船舶重工集團第七〇七研究所（江西 九江 332000) 周光明

我單位有一零件，由圖1可以看出，該零件外形較為復(fù)雜，且該零件用于產(chǎn)品的核心部分。圖樣技術(shù)要求較高:材料為鋁或鑄鋁;零件表面粗糙度值Ra=3.2μm;不允許選用焊接加工;鑄件不得有砂眼、氣孔等缺陷。在選用機械加工方式來加工該零件之前，因考慮加工成本，多次采用鑄造件毛坯及鉗工修銼等傳統(tǒng)方法逼近零件外形。由于出現(xiàn)鑄造件外形不標(biāo)準(zhǔn)，且時有砂眼、氣孔等缺陷，無法滿足技術(shù)要求。現(xiàn)通過對工藝進行研究改進，決定采用機械加工方式來完成該零件的外形加工。

圖1

1.工藝分析

所選用編程軟件為MasterCAM。原圖形文件需轉(zhuǎn)換為該軟件可識別的文件類型。為保證加工效率且考慮到該零件形狀的特殊性，粗加工刀具選用φ16mm硬質(zhì)合金立銑刀，精加工刀具則選用φ10mm硬質(zhì)合金球頭刀。

現(xiàn)以整棒料為毛坯，經(jīng)粗車、線切割兩道工序之后，選用立式加工中心來完成零件的復(fù)雜外部形狀加工。半精加工毛坯如圖2所示，留適當(dāng)精加工余量 (最小處余量為0.5mm);留15mm高圓柱臺階 (自定心卡盤裝夾位)方便裝夾;因為考慮到該零件形狀的特殊性會導(dǎo)致在加工過程中穩(wěn)定性欠佳而出現(xiàn)的振刀現(xiàn)象，為了保證加工質(zhì)量，消除加工過程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以留寬20mm加強筋用以提高工件在加工過程中的剛性。經(jīng)實際加工驗證，在未留寬20mm加強筋情況下，加工過程特別不穩(wěn)定，振刀現(xiàn)象非常嚴(yán)重，遠(yuǎn)達不到技術(shù)要求;而在留有寬20mm加強筋情況下，加工過程穩(wěn)定，消除了振刀現(xiàn)象，所加工表面粗糙度值Ra＜3.2μm，各項尺寸均達到圖樣要求。

圖2

2.工藝過程

通過對該零件形狀的分析，該零件的加工必須分兩次裝夾來完成。

首次裝夾以毛坯的的左端φ81mm外圓為裝夾基準(zhǔn) (見圖2)，以自定心卡盤方式夾緊此處，如圖3所示。同時以此圓心為編程基準(zhǔn)來加工該零件右端所有可見外形。為了盡量去除多余的空走刀路徑，此處可將整個外形拆分為多個獨立單元來一一完成?，F(xiàn)將該零件可拆分為φ30mm環(huán)形區(qū)域和50°的扇形錐面區(qū)域兩部分分別進行編程，需要注意的是不同加工區(qū)域的走刀路徑形式應(yīng)視該區(qū)域形狀而定，例如此次裝夾，均選用等高線 (Contour)刀具路徑加工。粗加工時以去除大量為主，考慮裝夾穩(wěn)固性及刀具強度的情況下，可選擇較低轉(zhuǎn)速、合適的走刀速度和較大吃刀量 (較疏的走刀路徑);精加工時則為保證最終的加工效果，選用高轉(zhuǎn)速、高走刀速度及較小的吃刀量 (較密的走刀路徑)。為方便二次裝夾，外形加工完成后，需加工出二次裝夾基準(zhǔn)，此處應(yīng)銑出一條直線用以二次找正。加工效果如圖4所示。

圖3

圖4

第二次裝夾需加工出毛坯所有左側(cè)剩余未加工區(qū)域。此次裝夾以右側(cè)小端面為基準(zhǔn)，置于圓柱形工裝上，中心穿螺桿緊固。然后校正首次裝夾所加工的直線基準(zhǔn)，找正圓心 (編程基準(zhǔn))。為增加工件在加工過程中的穩(wěn)定性，在加強筋處銑出一小平面用以壓第二個壓板，此處需調(diào)節(jié)千斤頂至適當(dāng)高度，防止工件受壓變形，如圖5所示。如此兩個壓板緊固便具有更高的穩(wěn)定性。

經(jīng)過多次試加工得出加工經(jīng)驗，在第二次裝夾加工左側(cè)外形時，必需保留兩處φ30mm半圓球區(qū)域至最后加工，如圖6、圖7所示，以保證在加工過程中不出現(xiàn)穩(wěn)定性欠佳，振刀等嚴(yán)重影響加工效果的狀況。與首次加工不同的是，在對扇形區(qū)域編程時需選用放射狀 (Radial)刀具路徑。而在加工φ30mm圓環(huán)區(qū)域選用等高線 (Contour)刀具路徑，加工效果如圖8所示。

圖5

圖6

圖7

圖8

3.結(jié)語

該零件的加工難點在于如何確定能夠保證加工過程具有極佳穩(wěn)定性的裝夾方法。以上裝夾方法及加工方法經(jīng)實際加工驗證，可加工出符合圖樣技術(shù)要求且外形美觀、尺寸標(biāo)準(zhǔn)的合格零件，如圖9所示，并可長期批量化作業(yè)。解決了該零件在加工過程中遇到的各項困難，在我公司加工曲面類零件方面積累了寶貴經(jīng)驗。通過對該零件的加工，總結(jié)得出，曲面類零件的加工需要注意事項有:選用最佳的裝夾方法、優(yōu)良的工裝設(shè)計、選擇運用最熟練的編程軟件、選擇合適的切削刀具及選用各項合理的切削參數(shù)等。

圖9