交錯(cuò)軸產(chǎn)品外形加工方案

■西安航天動(dòng)力機(jī)械廠（陜西 710025）王宏剛 焦永靈

1.產(chǎn)品介紹

產(chǎn)品形狀如圖1所示，有兩個(gè)交錯(cuò)的圓柱，夾角為10°，整個(gè)產(chǎn)品為不對稱結(jié)構(gòu)，有兩處空間尺寸（88.5±0.037）mm和（54±0.037）mm要求嚴(yán)格，卻無法在加工中直接測量，并且型面復(fù)雜，加工難度很大，產(chǎn)品質(zhì)量不易保證。

圖1 產(chǎn)品圖

2.加工方案

（1）加工難點(diǎn)分析。此產(chǎn)品加工難點(diǎn)有兩個(gè)：①外形面加工困難，由于外圓環(huán)帶與錐面交錯(cuò)10°，導(dǎo)致外形面不對稱，型面局部出現(xiàn)銳角刀具無法到達(dá)的問題。②外圓環(huán)密封槽為傾斜結(jié)構(gòu)，裝夾找正困難，尺寸精度和表面粗糙度要求高，加工困難。

（2）解決方案。通過設(shè)計(jì)工裝，將傾斜外圓環(huán)帶放置水平，設(shè)計(jì)方案如圖2所示。由于該產(chǎn)品為非對稱結(jié)構(gòu)，重心不在回轉(zhuǎn)中心上，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生擺動(dòng)，為了消除擺動(dòng)，設(shè)計(jì)工裝時(shí)通過調(diào)整工裝結(jié)構(gòu)，將工裝與產(chǎn)品組裝后的重心放在回轉(zhuǎn)中心上。

圖2 工裝設(shè)計(jì)方案

通過使用此工裝，將外形面銳角部分轉(zhuǎn)變成直角，可以通過四軸數(shù)控加工，外圓環(huán)帶密封槽可以通過車加工，尺寸精度和表面粗糙度得到保證。

（3）工藝流程。根據(jù)以上解決方案安排加工流程。此產(chǎn)品是由整塊棒料機(jī)加而成，為了提高加工效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，工藝流程安排為：圓棒料→粗車→探傷→粗車→熱處理→半精車→精車→三軸銑→四軸銑→車→四軸銑→檢驗(yàn)。車工序?qū)?nèi)型加工完成，外形通過三軸和四軸銑加工完成，外形密封槽由車加工完成。

3.工裝加工

整個(gè)工裝由壓環(huán)、芯柱和底座組成，芯柱和底座通過螺紋聯(lián)接，通過壓環(huán)和底座斜面將殼體壓緊。由于產(chǎn)品在加工中有兩處空間尺寸無法直接測量，為加工質(zhì)量帶來很大風(fēng)險(xiǎn)，所以需要將無法測量的尺寸轉(zhuǎn)換到工裝上，間接測量。所以該工裝不僅起到支撐加緊的作用，還起到間接測量的作用，對工裝加工尺寸精度要求高。

測量轉(zhuǎn)換方式如圖3所示，將需要保證的尺寸（88.5±0.037）mm轉(zhuǎn)換成底座斜端面距兩軸線交點(diǎn)的距離76.5mm，將（54±0.037）mm轉(zhuǎn)換成底座臺(tái)階圓柱端面距外圓環(huán)帶端面的距離65mm。

圖3 測量方式

所以在加工時(shí)需要精確保證的部位為底座斜端面與臺(tái)階圓柱面相對位置尺寸。由于該尺寸也無法測量，只能通過數(shù)控加工完成，所以加工方案為車銑復(fù)合加工，這樣可以通過一次裝夾將臺(tái)階圓柱面和斜面加工完成。加工后的工裝需要保證三處尺寸：76.5mm、119mm、10°（見圖4）。

圖4 工裝重要尺寸

4.數(shù)控加工過程及程序優(yōu)化

（1）三軸銑削加工外形。利用三軸銑削加工效率高的優(yōu)勢，在小巨人VTC20B上加工外形開放區(qū)域（見圖5）。由于所加工區(qū)域最深52mm，刀具懸伸55mm，刀具懸伸太長容易產(chǎn)生顫動(dòng)，為了消除顫動(dòng)，同時(shí)提高加工效率，采用長短刀結(jié)合的方式，加工時(shí)采用φ12mm端銑刀粗加工、φ12R6mm球頭刀清根及精加工。編程采用分層不等距銑削，隨著加工深度的增加，降低每層切削深度，編程刀路如圖6所示。

圖5 三軸加工區(qū)域

圖6 三軸編程加工路徑

（2）四軸定向銑削加工外型面。對于外形圓環(huán)和圓柱面的加工需要使用工裝四軸加工，加工區(qū)域如圖7所示。為了提高加工效率，采用粗加工四軸定向加工，刀具選擇φ20mm端銑刀，工作臺(tái)轉(zhuǎn)過一定角度后采用三軸分層加工，分三次定位加工完成，編程刀路如圖8所示。

圖7 四軸定向加工區(qū)域

圖8 四軸定向加工刀路

（3）四軸聯(lián)動(dòng)加工外形面。要保證外形面的表面粗糙度，必須采用四軸聯(lián)動(dòng)加工，難點(diǎn)在于進(jìn)行四軸聯(lián)動(dòng)銑型面時(shí)，需要與前車工序加工型面對接。為了保證對接質(zhì)量，將外形加工面分為四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)對刀加工，編程采用φ10R5mm球頭刀，編程刀路如圖9所示。加工完成后的產(chǎn)品如圖10所示。

圖9 四軸聯(lián)動(dòng)加工刀路

圖10 加工完成后的產(chǎn)品

5.結(jié)語

（1）通過設(shè)計(jì)工裝，解決了該產(chǎn)品空間尺寸無法在加工過程中測量的問題。并利用工裝改變了產(chǎn)品的加工角度，將五軸加工轉(zhuǎn)變?yōu)樗妮S加工，使該產(chǎn)品可以在四軸機(jī)床上加工，降低了對機(jī)床的要求。

（2）通過合理安排加工方案，優(yōu)化數(shù)控編程方法，采用分區(qū)域編程，減少空走刀，保證了產(chǎn)品加工效率和加工質(zhì)量。

共加工了3件該產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)零超差交付。通過對該產(chǎn)品的加工，積累了復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工方法和經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)復(fù)雜產(chǎn)品的加工提供了思路。