多型面零件批量數控加工方案

■陜西航空電氣有限公司 （興平 713107）

童 斌

1. 問題的提出

隨著數控設備技術及應用技術的發展，數控設備在機械加工專業發揮著巨大的作用。特別是運用數控設備能大量削減新品研發所需的工裝夾具，縮短加工周期，保證多型面零件的質量，在日益競爭激烈的新品研發市場具有十分重要的意義。因此，研究多型面零件數控加工方案是我們義不容辭的責任。例如圖1所示機殼零件，按照以往的生產方案，由鑄造車間投入模具直接鑄造出零件外部輪廓，再采用大量夾具分工序完成零件加工；要么設計專用夾具和刀具用棒料加工零件（包括零件外輪廓）。這兩種方案都需要很長的生產周期，且零件質量不穩定。

圖 1

2. 解決方案

數控設備之所以能實現多型面或復雜型面零件的加工，主要靠多軸聯動功能和計算機輔助程序編制功能。其理論基礎是應用球面銑刀沿零件型面切面方向切削材料。采用數控設備實現復雜型面的加工只需要自備簡單工裝或直接選用通用工裝來完成，不僅節約加工成本，而且避免人為因素所產生的質量不穩定問題。但是通過多年來的摸索，我們發現多軸聯動的加工方法生產效率低下，也可以通過劃分零件加工區域將3～4軸聯動轉換為2～3軸聯動，降低聯動軸數量，提高生產效率。道理很簡單，對于同一加工面，采用3～4軸聯動，球面銑刀沿零件型面切面去除余量遠小于2～3軸聯動時銑刀母線去除的余量。采用該方法完成零件加工的方法如下。

（1）建立數字模型：按照零件圖要求建立三維數字模型，準確、正確的數字模型是完成零件加工的基礎，為了便于保證零件最終尺寸，建模尺寸按零件圖尺寸中差控制。

（2）建立毛坯模型：根據零件所加工部位、實際毛坯的尺寸以及工裝所占據空間形狀尺寸建立毛坯模型。

（3）編制數控程序：根據零件要求及所提供毛坯編制加工程序。在編制加工程序過程中運用CAM軟件中提供的加工刀路修剪功能及坐標系旋轉功能完成數控程序編制。

3. 方案實施

結合上圖實例詳述實施過程如下。

（1）建立數字模型。參照零件圖要求建數字模型，建模尺寸按零件圖尺寸中差控制，模型建完后仔細與零件圖進行核對，確保模型的正確性和準確性；模型的正確和準確是決定零件質量的基礎。

（2）建立毛坯模型。根據零件所加工部位，建立毛坯。毛坯的準確合理決定最后程序的質量。按照本零件的加工要求建立如圖2所示毛坯。

圖 2

（3）編制數控程序。加工區域的劃分：根據零件結構特點，將零件劃分為如圖3所示矩形加工區域，每個加工區域主軸都垂直于矩形表面，實際加工表面為矩形區域沿主軸方向在零件表面的投影區域。

選擇刀具：根據零件的最大切削深度，以及狹窄區域的尺寸，選擇粗加工刀具為f16mm立銑刀，精加工刀具為f10mm球面銑刀，銑兩缺口刀具為f 6mm立銑刀以及相應的鉆頭。

圖 3

加工操作創建：根據加工區域創建相應的加工操作，水平加工區域采用立軸加工，去除主要余量，并完成圓臺加工；圓柱面加工面被分為如圖3所示3個豎直矩形區域，采用臥軸進行加工，3個臥軸坐標系的轉換通過在程序開始時添加工作臺回轉定位指令即可實現；由于3個臥軸加工區域部分重疊，可保證零件整個加工面完整，不會留有盲區。

切削參數確定：加工材料為鋁合金，定位方式為心軸定內止口，用拉桿從上部拉緊，定位可靠，在選用切削參數時，只考慮產品質量和加工效率。粗加工刀具f16mm立銑刀，轉速1 200r/min，進給速度200mm/min，切削深度6mm/層，精加工f 10mm球面銑刀，轉速2 500r/min，進給速度500mm/min；其他刀具切削參數可根據刀具手冊適當選取，這里不再重復。

程序處理：由于機床臥軸時主軸正方向始終在y軸正方向上，所以，在處理程序之前，需要分別將各加工坐標系旋轉至y軸與刀軸重合，然后分別處理機床代碼程序，然后分別在程序開頭加上工作臺旋轉指令，保證各程序相對角度位置正確。

4. 實施效果

按此方案對此零件進行加工，單件用時2h，生產效率滿足生產周期要求，產品質量穩定，各尺寸滿足設計要求。

[1] 謝國明，曾襄陽，王學平. UGCAM實用教程[M]. 北京：清華大學出版社，2003.

[2] 張益芳，等. 金屬切削手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2011.