二次曲線組合件的機械加工工藝編制與仿真加工

張 艷 張 飛

(炎黃職業技術學院，江蘇 淮安 223400)

1 分析圖紙

該配合件是由心軸1與心軸2根據總裝圖的技術要求組合而成的，根據零件圖顯示，表面粗糙度、尺寸精度、相互位置精度以及材料45#鋼，在現有數控車床的生產條件下可以達到技術要求。

配圖由心軸1和心軸2組成，如圖1-3所示。

圖1 心軸1

圖2 心軸2

圖3 裝配圖

2 加工工藝分析

加工路線根據先主后次，先粗后精的加工原則[1]。由圖可見，考慮節約成本，提高加工效率，而且心軸2無法獨立裝夾加工，所以先加工心軸2。心軸1和心軸2加工順序：心軸2外輪廓—心軸1左外輪廓—心軸1的內輪廓—兩件裝配加工心軸2左端面—心軸1右外輪廓—拆裝清理。

2.1 工件圖紙分析

先分析心軸2，再分析心軸1。

2.1.1 心軸2結構與精度分析

圖4

(1)結構分析。心軸2：45#鋼，Φ62的毛坯棒料，總長58mm，右端M30×1.5外螺紋和退刀槽5×3，向左為R10的凹圓弧段與R21凸圓弧段相切的對稱圓弧面，兩段對稱圓弧段節點處必須光滑連接。心軸2從左至右并不單調遞增或遞減，但對稱圓弧面必須光滑過渡連接無接刀痕，所以兩對稱圓弧面必須一起加工。平左端面并且保證總長，需心軸2右端定位，此時心軸2右端是螺紋和圓弧面，無法實現定位、裝夾，所以考慮將心軸1與心軸2裝配在一起來加工心軸2的左端面[2](圖4)。工序：粗車外輪廓—精車外輪廓—切斷。

(2)精度分析。心軸2重要加工部位為對稱圓弧面Φ57以及其長度要求為43mm。表面粗糙度Ra為3.2μm，在數控車床上可以達到精度要求。

2.1.2 心軸1結構與精度分析

(1)結構分析。心軸1：45#鋼，Φ62mm的毛坯棒料，總長115mm。左端Φ24內輪廓，M30×1.5內螺紋，凸圓弧R10與凹圓弧R21相切的一段內輪廓，以及Φ52與Φ58的外輪廓，R22的凸圓弧面，Φ46的外輪廓，R20的凸圓孤面，中間為梯形槽，右端為部分中橢圓面，Φ24的外輪廓，兩者之間有R8.5的過渡圓角。外輪廓從左向右并不單調遞增或遞減。考慮外圓輪廓Φ58與內輪廓Φ24有個同軸度要求，所以所有Φ58的外輪廓與內輪廓在同一次裝夾下加工。工序：粗車外輪廓—精車外輪廓—粗車內輪廓—精車內輪廓—調頭安裝—平端面—打中心孔—加工右端外輪廓—粗車外輪廓—精車外輪廓。

(2)精度分析。心軸1重要加工部位Φ58、Φ52外輪廓，其次Φ24內輪廓，兩者同軸度0.025mm，在同一次裝夾下加工。表面粗糙度Ra最高為1.6μm，在數控車床上可以達到要求。考慮有內應力存在，可在加工外輪廓前先打底孔。

2.2 裝夾方案的確定

采用三爪自定心卡盤定位、裝夾，加工心軸2右端，裝夾部位在Φ52外輪廓處用頂尖輔助定位。

2.3 加工工藝過程

根據圖樣擬定加工工藝過程。

心軸2：(1)用卡盤夾住毛坯外輪廓；(2)粗、精車外輪廓，各尺寸至圖紙精度；(3)切槽5×3；(4)加工外螺紋M30×1.5；(5)切斷心軸2，工件長58mm。

心軸1：(1)用卡盤夾住毛坯外輪廓伸出約76mm；(2)平端面，手動打孔Φ22；(3)用尖刀(防止干涉)粗加工、精加工外輪廓Φ52、Φ58、Φ46、Φ44至圖紙要求。(4)用切槽刀加工梯形槽，底邊寬至17.026；(5)粗、精加工內輪廓Φ24至尺寸精度；(6)加工內螺紋M30×1.5；(7)將心軸1與心軸2裝配在一起(如圖5)，加工心軸2的左端面，保證心軸2的總長；(8)調頭，裝夾Φ52的外輪廓，打中心孔，裝頂尖；(9)粗加工、精加工心軸1的右端外輪廓。

3 編制程序

由于心軸1與心軸2輪廓較復雜，選擇自動編程可提高加工效率。本文選用CAXA數控車(2013版本)軟件，可實現自動編程，生成所需要的程序代碼。下面僅對心軸1外輪廓做編程介紹。

(1)用CAXA數控車軟件繪制心軸2外輪廓，僅保留切削部分形狀，再繪制毛坯形狀。此時注意：坐標原點的選擇是心軸2的最右端面中心處。心軸的切入點和撤離點需要給個2～3mm切入緩沖，防止打刀。

(2)根據外輪廓形狀特點選擇參數設置，由于心軸2外輪廓有對稱圓弧面，因此在選擇刀具參數時注意干涉情況，否則無法生成程序代碼。各參數設置完成后，選擇加工表面輪廓線和毛坯，點擊進退刀點，此時退刀點注意選取要適當。

(3)生成程序代碼。確認刀具軌跡線無誤后，拾取刀具軌跡產生的加工程序，對程序做適當修改，如T指令、程序號、修改刀具號和刀補等，再將加工程序代碼傳輸到數控車床進行加工。

4 結語

本文以對稱圓弧面心軸配合件為例，心軸1有對稱圓弧面，心軸2有橢圓面、梯形槽，對于此類較復雜表面，普通機床已經很難加工，需要選擇數控機床來加工。心軸1無法獨立加工，心軸2不符合單調增或者單調減，所以要選擇合適的加工工藝方案，本文針對兩心軸的加工工藝過程做了介紹，在條件允許的情況下選擇自動編程更能提高效率。