異形安裝座的高效數(shù)控加工方法研究

趙昌輝　王峰　張恩元

文章主要講述異形安裝座類零件的加工工藝路線及數(shù)控加工程序的編制。通過介紹異形安裝座與傳統(tǒng)安裝座的結(jié)構(gòu)對(duì)比，加工工藝路線的制定及銑加工程序的編制，論述了此類安裝座的高效數(shù)控加工方法。

一、引言

隨著制造技術(shù)的發(fā)展，航空產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，復(fù)雜零件的加工效率大大影響了企業(yè)的效益。安裝座類零件從簡(jiǎn)單的臺(tái)階軸形狀變?yōu)閹в袃蓚€(gè)空間角度的異形復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如圖1所示），原有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的安裝座類零件只需兩道車加工工序即可以加工完成，但帶有兩個(gè)空間角度的異形安裝座只使用車削加工已經(jīng)滿足不了加工需求。由于空間角度的存在，最終零件形狀必須通過銑加工才能完成。但該零件的結(jié)構(gòu)特殊，加工時(shí)裝夾與定位面小，銑加工的材料去除量較大，因此銑加工效率非常低。為了高效率、高質(zhì)量地完成此類零件的加工，制定合理的加工工藝路線和數(shù)控加工方案是必要的前提條件。

二、加工工藝路線的制定

1.工藝分析

這種異形安裝座，一端為正常的圓柱形，另一端是異形結(jié)構(gòu)，而這種異形結(jié)構(gòu)就是與零件的基準(zhǔn)有兩個(gè)空間角度關(guān)系的斜式圓柱，如圖2所示。此零件加工尺寸及形位公差精度并不高，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，但因?yàn)榇肆慵蠟榘袅希牧嫌?，銳角部分空間小，底角R為1.5，所以在加工異形端斜式圓柱時(shí)效率非常低。從設(shè)計(jì)圖分析斜式圓柱體不能用常規(guī)的車加工進(jìn)行，而且使用3軸銑加工需專用夾具和刀具，且不能保證加工質(zhì)量。從圖2中可以看出，異形端的加工要同時(shí)加工內(nèi)、外形，為保證零件的高效加工，不僅要從加工方案上考慮，還要從零件裝夾方面考慮能否一次加工內(nèi)、外形。但從圖中可以看出此零件的定位面不大，而且壓緊部位也相當(dāng)小，要高效地加工該零件，在工藝路線的安排上，要預(yù)先進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保零件能夠可靠地安裝，保證一次加工內(nèi)、外型面。綜合分析零件圖上的技術(shù)要求，零件主要加工表面的尺寸、形狀及位置精度，零件的材質(zhì)及機(jī)械加工的工藝性等方面后，最后制定加工工藝路線。

2.工藝路線制定

異形安裝座加工工藝路線以車削和銑削加工為主。為了高效地加工此零件，針對(duì)車銑加工中心和五坐標(biāo)加工中心制定工藝路線。零件的毛料為棒料，首先應(yīng)將無空間角度的一端車、銑加工到位。使用車銑加工中心，是為了車一端時(shí)能夠完成端面槽的銑加工，既可以減少一次周轉(zhuǎn)時(shí)間和加工準(zhǔn)備時(shí)間，又確保了銑加工另一端時(shí)有角向定位基準(zhǔn)。車銑加工完成后，再進(jìn)行有斜式圓柱一端的銑加工。根據(jù)以上分析該零件通過兩道主要機(jī)加工序即可以完成零件的加工。經(jīng)過綜合分析零件圖上的技術(shù)要求，零件主要加工表面的尺寸、形狀及位置精度，零件的材質(zhì)及機(jī)械加工的工藝性等方面后，最后制定加工工藝路線為：修基準(zhǔn)一車銑一端一銑另一端外形一銑另一端內(nèi)形（其中銑內(nèi)外形可以合并加工）。因該零件的定位面及壓緊面小，為保證銑加工異形端時(shí)有足夠的壓緊力，在修基準(zhǔn)工序，將內(nèi)圓車加工出一個(gè)臺(tái)階孔，其中臺(tái)階面用于放置壓蓋，孔用于通過螺桿，還有端面槽做角向基準(zhǔn)，即使銑削力大，這樣的結(jié)構(gòu)也能夠保證加工的穩(wěn)定性。另外，因加工路線中的銑另一端外形和銑另一端內(nèi)形的定位面相同，可以利用快換夾具將壓緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而使兩道工序可以合并加工。

三、數(shù)控程序編制

該零件的數(shù)控程序編制，按工藝路線主要有兩部分：一部分是車銑一端的程序，另一部分是銑異形端的程序。此零件車銑一端是簡(jiǎn)單的車內(nèi)、外圓及銑加工端面槽，本工序是在車銑加工中心上進(jìn)行的，因加工程序不多，數(shù)控程序的編制也比較簡(jiǎn)單，只需掌握車銑加工中心在車、銑加工時(shí)不同的加工指令，即可以完成數(shù)控程序的編制，而且自動(dòng)編程或手動(dòng)編制都可以。銑加工異形端時(shí)，因其內(nèi)、外形帶有空間角度，需在5軸加工中心上進(jìn)行加工，又因手動(dòng)編程相對(duì)復(fù)雜，銑另一端的程序全部使用NX軟件來進(jìn)行，此部分的數(shù)控加工軌跡設(shè)計(jì)和編制是本零件的加工難點(diǎn)。

1.粗銑加工刀具軌跡設(shè)計(jì)

零件的銑加工選擇五坐標(biāo)加工中心進(jìn)行。在銑加工異形端時(shí)，先銑外形再銑內(nèi)形。銑外形時(shí)，材料硬，去除量又大，因此選用直徑Φ20R1的端銑刀用固定軸的方式以大切深小進(jìn)給進(jìn)行粗銑加工。其刀具軌跡是上下兩層由外向內(nèi)進(jìn)行銑加工的橢圓形軌跡，采用的編程模塊是NX中的平面銑削模塊，生成的刀具軌跡如圖3所示。用Φ20R1的刀具粗銑后，在斜圓柱與底面夾角為銳角的部分留有較多的材料，因此處的轉(zhuǎn)接圓角為R1.5，所以這些殘余材料我們使用直徑Φ6的球銑刀進(jìn)行銑加工。設(shè)計(jì)刀具軌跡時(shí)，刀軸必須與斜式圓柱軸線平行，使用的編程模塊可以是NX的固定軸曲面輪廓銑和變軸曲面輪廓銑。經(jīng)過兩次粗銑，零件外形的余量已基本均勻，余量為0.5mm。在零件內(nèi)部的粗加工過程中，為了便于裝夾，零件的內(nèi)部已有預(yù)鉆孔，但需去除的材料仍很大，而且因?yàn)槭切笨祝杓庸さ淖铋L(zhǎng)斜線為45mm，若分層銑削效率非常低。引用高速銑削的理念，采用一層螺旋線的刀具軌跡，由內(nèi)向外，將零件進(jìn)行擴(kuò)孔，這樣的加工效率相當(dāng)高，而且質(zhì)量穩(wěn)定。粗銑后，零件的余量非常均勻。

2.精銑加工刀具軌跡設(shè)計(jì)

為了能夠高效地完成零件的加工，該零件的精加工是分區(qū)域進(jìn)行的。根據(jù)此零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將此零件劃分為三個(gè)加工區(qū)域：一是大平面區(qū)域部分，二是斜圓柱與大平面小夾角剖分區(qū)域，三是斜圓柱的表面部分。其中大平面部分選擇Φ20的端銑刀，以圓定軸的方式進(jìn)行加工，兩刀即可以完成平面的加工。斜圓柱與大平面小夾角部分平面的加工，采用Φ6的球刀進(jìn)行，刀具軌跡要密一些，而且要保證與平面的接刀完整且不能過多重疊。斜圓柱表面的精加工同樣選擇Φ6的球刀，以螺旋銑的方式進(jìn)行加工，此方法是最好的高速銑削方法，不僅加工效率高而且零件表面質(zhì)量高。三個(gè)區(qū)域加工完成，零件的外形就銑加工完成了。零件內(nèi)圓的加工，雖然是斜圓柱，但與斜圓柱軸線垂直的截面仍為圓形，所以零件內(nèi)圓使用一個(gè)軌跡為圓的輪廓程序，即可以完成加工。零件的不同加工區(qū)域選擇不同的編程模塊，但目的都是能夠?qū)⒋肆慵咝У丶庸ね瓿伞?/p>

四、結(jié)語

該零件的高效加工不僅考慮了工藝路線設(shè)計(jì)，而且在刀具軌跡設(shè)計(jì)方面也按照高速銑的理念進(jìn)行了考慮。此零件的編程軟件是NX，加工設(shè)備是DMU40，設(shè)備和編程軟件都可以進(jìn)行高速銑加工。經(jīng)本廠的加工試驗(yàn)，該零件的加工效率非常高，比普通加工方法提高50%的加工效率。