淺析非圓曲線的加工

吳慧娟

（山西新富升機器制造有限公司，山西 太原 030013）

0 引 言

近年以來，機械加工中常有復雜曲線構成的非圓曲線（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制造中的熱點。本文以實例對非圓曲線零件的進行圖樣分析，定位、找正、夾緊的基準面、粗精加工用的刀具等因素進行工藝分析，最終確定優質、高效、安全、低耗的加工方案；既保證了產品質量，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，隨著兩側的開口角從a＝21°上升到a=35°，所對應的開口尺寸也從641 mm擴大到1 008 mm。零件材料60C rMnMo，調質硬度大于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、直接影響產品質量。

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體，不能使用車床加工，需在數控臺鏜上進行加工。2）因零件表面是弧度變化、且參數連續的，根據加工要求，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床加工，也使表面的連續性得到有效保證，經過反復考慮，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，利用機床工作臺B軸旋轉可以加工兩個90°角，然后轉動工件90°加工剩余的兩個區段。由于每個區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。經過反復考慮，決定先加工切屑小的90°區域（小口），工作臺旋轉180°后加工切屑大的90°區域（大口）；然后軸向轉動工件90°，小口朝下大口朝上，再加工剩余兩側，這樣零件重心朝下的穩定性較好。4）零件裝夾采用水平V型鐵放置、側邊輔助支承的方法，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位合金刀片球頭銑刀（光刀時若有磨損或崩裂現象，可以及時更換刀片），并且盡可能使用圓弧涂層刀片（以保證加工精度的穩定性及良好的耐用度）。5）對于零件的曲線精度及機床的連續運行可靠性，先要利用木制模型進行試切加工，檢驗曲面各項參數及程序的正確性；當試切加工完成后，經檢驗和用戶專家認可合格后，通過總結經驗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，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M24的定位用螺孔，一方面可在找正零件前后角度時利用千斤頂調整，另一方面可在加工中有效防止零件轉動、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）零件的數控編程及原點設置。（1）零件有復雜的非圓曲線，采用純手工編程很難實現圖紙要求，需用計算機自動編程軟件。利用UG軟件，根據零件的二維圖形和廠家提供的點位數據，繪制出三維實體模型，能為后續的自動編程提供實體模型參數；再用UG軟件，生成數控加工所需的數百萬條程序。（2）程序的坐標原點設置在零件軸心線上，設置方法是：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，在機床對刀選項里把Y設置為軸徑的一半加鏜桿的一半得出的數值，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留約0.05 mm，在對刀選項里把Z直接設置為軸徑的一半；X的設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）原點設置好后，開始粗加工，粗加工按四段進行，采用 160R5圓弧陶瓷刀片刀盤（按數控程序銑出階梯狀），每刀切削層深2 mm，留精加工余量0.8 mm；當銑至底部時，由于 160 R5圓弧刀盤直徑大，達不到曲線要求，改用 80玉米銑刀清根。但加工第三段（大口）時出現了異常情況，程序正常運行到后面時，刀盤刀體在對角的進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軟件自動編程時不會考慮到另外兩個方向毛坯還未加工，自動認為是空位造成的。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，這樣就可有效避免了問題的發生。精加工采用 60可轉位合金刀片球頭銑刀。由于精加工程序特別長（一個區段程序就十幾兆、上百萬條之多），一旦出現臨時斷電或者死機等異常情況，程序斷點在哪里很難查找，若從頭開始加工浪費時間又太多；后來想出辦法每半小時記錄一次程序坐標，一旦異常中斷程序發生，根據記錄坐標利用系統搜索指針，可迅速找到斷點的大概位置、以便繼續運行程序，這樣不僅節約了時間、也保證了精加工的順利完成。

4 結束語

通過合理的加工方案，零件的非圓曲線加工順利完成，經復核及用戶的現場確認：零件加工取得良好效果，是加工的新思路。

[1] 楊繼宏.數控加工工藝手冊[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2] 韓鴻鸞，張秀玲.數控加工技師手冊[M].北京：機械工業出版社，2005.