曲形面裝配件的數控加工分析

唐大美 李晟

摘要：曲形面裝配件是工業中經常使用的部件，曲形面一般是作為裝配體進行工作，是重要部件之一。由于曲形面自身加工難度較大，不易保證零件的加工質量，在銑削加工中會存在諸多問題。本文通過對其加工工藝、刀具的選用、切削用量、刀路軌跡設置等方面來分析曲形面裝配零件的加工過程中的難點，給同類件的加工提供一定的借鑒。

關鍵詞：加工工藝;數控銑床;曲面加工;曲面裝配

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0105-02

0? 引言

圖1為一典型的數控銑床加工的曲形面裝配件，本零件需要正反面加工，有平面加工、曲面加工、鉆孔加工、鉸孔加工等，加工難點是曲面臺階的銑削。在加工過程中，要充分運用編程軟件的功能，選擇合適的切削參數，力求在保證精度的情況下盡可能提高零件的加工效率，降低加工成本。

1? 零件的基本分析

本零件需要正反面加工，有平面加工、曲面加工、鉆孔加工、鉸孔加工等，加工難點是曲面臺階的銑削。在加工過程中，要充分運用編程軟件的功能，選擇合適的切削參數，力求在保證精度的情況下盡可能提高零件的加工效率，降低加工成本。零件材質為45號鋼。

2? 加工工藝分析

2.1 零件加工難點與解決方案

本零件是曲形面裝配零件，兩個零件其中一面都含有曲面臺階。兩個工件的曲面臺階需要進行配合，需要極好的貼合度及良好的表面粗糙度，所以精度要求較高，是整個裝配件中加工的難點。

2.2 加工所需的刀具及切削用量

通過上面加工過程中的難點分析，經考慮，選用的刀具和切削用量為：①盤銑刀Φ120mm：n=600r/min，f=100mm/min，ap=3mm;②立銑刀Φ10mm：n=3500r/min，f=200mm/min;ap=3mm;③麻花鉆Φ7.8mm：n=600r/min，f=75mm/min;④Φ8H9機用鉸刀：n=80r/min，f=30mm/min;⑤麻花鉆Φ26mm：n=400r/min，f=75mm/min;⑥圓鼻刀Φ10mm：n=4000r/min，f=1000mm/min，ap=0.2mm;⑦球刀Φ10mm：n=6000r/min，f=1800mm/min，ap=0.1mm。

2.3 工藝路線設計

經過以上分析，此曲形面裝配件的加工工藝路線如下：

零件1：工步1：檢查毛坯，刀具，校驗量具;工步2：建模，編程;工步3：Φ120盤銑刀銑平面（正面）;工步4：對刀，粗銑正面輪廓，側壁單邊預留0.5mm，底部預留0.2mm（Φ10立銑刀）;工步5：Φ10立銑刀精銑正面輪廓，保證各尺寸公差;工步6：粗銑弧形槽（Φ10立銑刀）;工步7：精銑弧形槽（Φ10立銑刀）;工步8：正面鉆孔，鉆孔Φ7.8mm;工步9：Φ8H9機用鉸刀鉸孔;工步10：Φ120盤銑刀銑平面（反面）;工步11：粗銑內圓，單邊預留0.2mm（Φ10立銑刀）;工步12：Φ10立銑刀精銑內圓;工步13：Φ10圓鼻刀粗銑曲面臺階;工步14：Φ10球刀精銑曲面臺階;工步15：取下工件，檢測。

零件2：工步1：檢查毛坯，刀具，校驗量具;工步2：建模，編程;工步3：Φ120盤銑刀銑平面（正面）;工步4：對刀，粗銑正面輪廓，側壁單邊預留0.5mm，底部預留0.2mm（Φ10立銑刀）;工步5：Φ10立銑刀精銑正面輪廓，保證各尺寸公差;工步6：正面鉆孔，鉆孔Φ7.8mm;工步7：Φ8H9機用鉸刀鉸孔;工步8：Φ10圓鼻刀粗銑曲面臺階;工步9：Φ10球刀精銑曲面臺階;工步10：Φ120盤銑刀銑平面（反面）;工步11：粗銑弧形槽（Φ10立銑刀）;工步12：精銑弧形槽（Φ10立銑刀）;工步13：Φ26麻花鉆鉆孔;工步14：精銑Φ28通孔（Φ10立銑刀）;工步15：取下工件，檢測。

3? 零件加工步驟

曲形面加工時首先考慮的是曲形面的輪廓、精度、粗糙度等問題。因此在設定參數時，輪廓加工要提高切削效率，曲面加工要減少背吃刀量，保證曲面粗糙度。背吃刀量、進給量、切削速度等參數要精準控制，刀具冷卻也需考慮。綜上所述，編程步驟如下：

3.1 使用動態銑削銑出零件1正面輪廓

首先將毛坯料放置在平口鉗中裝夾完畢，裝直徑為120mm盤銑刀銑削表面。換上直徑10mm的立銑刀粗銑外輪廓，主軸轉速3000r/min，進給200mm/min。壁邊預留量0.3mm，底面預留量0.2mm，步進3mm，下刀深度-10mm，采用螺旋下刀，保證刀具壽命。將125mm×125mm毛坯的外形作為加工對象，方便在加工過程中將余料一起銑掉，從而提升加工效率，刀路如圖2所示，圖3為動態銑削完成時的正面輪廓。

刀具不變，主軸轉速提升到3500r/min，進給300mm/min，將底面預留量歸零，用動態銑削完成底面精銑，將壁邊預留量歸零，用外形銑削保證加工效率，完成壁邊精銑。

3.2 用動態銑削完成圓弧槽的加工

接下來加工半徑38mm的弧形槽，刀具和參數不變，下刀深度從-10mm改為-20mm。零件1反面，用盤銑刀去毛坯，和正面一樣完成弧形槽的粗加工，壁邊預留量0.3mm，底面0.2mm。將主軸轉速升高，進給量加大，預留量歸零，完成精加工。

3.3 鉆孔、絞孔

用Ф7.8的麻花鉆，主軸轉速300r/min，進給75mm/min，將孔鉆通。然后換上Ф8H9的機用鉸刀，主軸轉速改為200r/min，進給30mm/min，將孔的直線度進行修正。

3.4 用曲面流線完成曲形面的加工

換上Ф10圓鼻刀進行曲面粗切流線，主軸轉速3000r/min，進給1000mm/min，切削方向改成雙向，加工面預留量0.2mm，Z最大步進量為0.2mm，從而保證曲形面的粗糙度。其刀路如圖4所示。

換上Ф10mm球刀，運用曲面流線精修進行曲面精加工，主軸轉速6000r/min，進給1800mm/min，加工面預留量歸零。運行程序，完成曲形面的精加工。零件1加工完畢。球刀與圓鼻刀的區別在于：球刀一般是整體式結構，圓鼻刀一般是鑲嵌式結構。圓鼻刀磨損較小，球刀容易磨損。所以圓鼻刀用于曲面流線粗切，球刀用于曲面流線精修。

3.5 零件2加工分析

零件2與零件1整體加工工序一致，盤銑刀銑去毛坯，用Ф10mm立銑刀完成正面輪廓和反面圓弧槽的粗、精銑削，用Ф7.8mm的麻花鉆將孔鉆通，Ф8H9機用鉸刀將Ф8mm孔直線度修正，用Ф26mm的麻花鉆將中心孔鉆通，換Ф10mm立銑刀將孔精銑至Ф28mm的通孔。換上Ф10mm圓鼻刀和Ф10mm球刀，運用曲面流線進行曲形面的粗精加工。零件2完成所有加工如圖5所示。

4? 工件加工時的質量分析

4.1 加工時遇到的問題

曲形面加工粗糙度差，兩個工件曲面臺階裝配時配合度低。

4.2 問題原因及改進策略

①問題原因：經過深入分析，上述問題出現是由多個原因共同導致的。刀具質量差會導致表面粗糙度降低，切削力變大等問題。切削力變大就會導致粗糙度下降，從而導致裝配時配合度降低。②改進措施：更換高質量刀具，提高工件加工時的穩定性，減輕主軸壓力減小切削力，同時提高曲形面表面粗糙度。精銑時提高主軸轉速，減小進給量，以提高曲形面表面質量。加工時提供足量切削液，冷卻刀具，保證刀具良好切削狀態。盡可能減少刀具伸出長度，增加刀具剛性，減小刀具磨損幾率。保證工件裝夾到位，以避免出現加工時工件下沉，導致二次裝夾產生誤。

5? 總結

本文使用UG軟件制圖、建模，MasterCam軟件進行加工與模擬仿真，對數控加工過程進行分析，得出提高曲形面零件粗糙度的加工方式，運用曲面流線時應在適當范圍內減少Z最大步進量，增加刀具雙向切削頻率，從而提升曲形面的粗糙度，降低廢品率，提高加工精度，增強加工效率，這樣就會提高曲形面零件裝配時的貼合度。

參考文獻：

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[3]單文舉.動態加工在數控銑床實訓中的應用[J].周刊.2017（44）.