曲形面装配件的数控加工分析

唐大美 李晟

摘要：曲形面装配件是工业中经常使用的部件，曲形面一般是作为装配体进行工作，是重要部件之一。由于曲形面自身加工难度较大，不易保证零件的加工质量，在铣削加工中会存在诸多问题。本文通过对其加工工艺、刀具的选用、切削用量、刀路轨迹设置等方面来分析曲形面装配零件的加工过程中的难点，给同类件的加工提供一定的借鉴。

关键词：加工工艺;数控铣床;曲面加工;曲面装配

中图分类号：TG659                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0105-02

0  引言

图1为一典型的数控铣床加工的曲形面装配件，本零件需要正反面加工，有平面加工、曲面加工、钻孔加工、铰孔加工等，加工难点是曲面台阶的铣削。在加工过程中，要充分运用编程软件的功能，选择合适的切削参数，力求在保证精度的情况下尽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、钻孔加工、铰孔加工等，加工难点是曲面台阶的铣削。在加工过程中，要充分运用编程软件的功能，选择合适的切削参数，力求在保证精度的情况下尽可能提高零件的加工效率，降低加工成本。零件材质为45号钢。

2  加工工艺分析

2.1 零件加工难点与解决方案

本零件是曲形面装配零件，两个零件其中一面都含有曲面台阶。两个工件的曲面台阶需要进行配合，需要极好的贴合度及良好的表面粗糙度，所以精度要求较高，是整个装配件中加工的难点。

2.2 加工所需的刀具及切削用量

通过上面加工过程中的难点分析，经考虑，选用的刀具和切削用量为：①盘铣刀Φ120mm：n=600r/min，f=100mm/min，ap=3mm;②立铣刀Φ10mm：n=3500r/min，f=200mm/min;ap=3mm;③麻花钻Φ7.8mm：n=600r/min，f=75mm/min;④Φ8H9机用铰刀：n=80r/min，f=30mm/min;⑤麻花钻Φ26mm：n=400r/min，f=75mm/min;⑥圆鼻刀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 工艺路线设计

经过以上分析，此曲形面装配件的加工工艺路线如下：

零件1：工步1：检查毛坯，刀具，校验量具;工步2：建模，编程;工步3：Φ120盘铣刀铣平面（正面）;工步4：对刀，粗铣正面轮廓，侧壁单边预留0.5mm，底部预留0.2mm（Φ10立铣刀）;工步5：Φ10立铣刀精铣正面轮廓，保证各尺寸公差;工步6：粗铣弧形槽（Φ10立铣刀）;工步7：精铣弧形槽（Φ10立铣刀）;工步8：正面钻孔，钻孔Φ7.8mm;工步9：Φ8H9机用铰刀铰孔;工步10：Φ120盘铣刀铣平面（反面）;工步11：粗铣内圆，单边预留0.2mm（Φ10立铣刀）;工步12：Φ10立铣刀精铣内圆;工步13：Φ10圆鼻刀粗铣曲面台阶;工步14：Φ10球刀精铣曲面台阶;工步15：取下工件，檢测。

零件2：工步1：检查毛坯，刀具，校验量具;工步2：建模，编程;工步3：Φ120盘铣刀铣平面（正面）;工步4：对刀，粗铣正面轮廓，侧壁单边预留0.5mm，底部预留0.2mm（Φ10立铣刀）;工步5：Φ10立铣刀精铣正面轮廓，保证各尺寸公差;工步6：正面钻孔，钻孔Φ7.8mm;工步7：Φ8H9机用铰刀铰孔;工步8：Φ10圆鼻刀粗铣曲面台阶;工步9：Φ10球刀精铣曲面台阶;工步10：Φ120盘铣刀铣平面（反面）;工步11：粗铣弧形槽（Φ10立铣刀）;工步12：精铣弧形槽（Φ10立铣刀）;工步13：Φ26麻花钻钻孔;工步14：精铣Φ28通孔（Φ10立铣刀）;工步15：取下工件，检测。

3  零件加工步骤

曲形面加工时首先考虑的是曲形面的轮廓、精度、粗糙度等问题。因此在设定参数时，轮廓加工要提高切削效率，曲面加工要减少背吃刀量，保证曲面粗糙度。背吃刀量、进给量、切削速度等参数要精准控制，刀具冷却也需考虑。综上所述，编程步骤如下：

3.1 使用动态铣削铣出零件1正面轮廓

首先将毛坯料放置在平口钳中装夹完毕，装直径为120mm盘铣刀铣削表面。换上直径10mm的立铣刀粗铣外轮廓，主轴转速3000r/min，进给200mm/min。壁边预留量0.3mm，底面预留量0.2mm，步进3mm，下刀深度-10mm，采用螺旋下刀，保证刀具寿命。将125mm×125mm毛坯的外形作为加工对象，方便在加工过程中将余料一起铣掉，从而提升加工效率，刀路如图2所示，图3为动态铣削完成时的正面轮廓。

刀具不变，主轴转速提升到3500r/min，进给300mm/min，将底面预留量归零，用动态铣削完成底面精铣，将壁边预留量归零，用外形铣削保证加工效率，完成壁边精铣。

3.2 用动态铣削完成圆弧槽的加工

接下来加工半径38mm的弧形槽，刀具和参数不变，下刀深度从-10mm改为-20mm。零件1反面，用盘铣刀去毛坯，和正面一样完成弧形槽的粗加工，壁边预留量0.3mm，底面0.2mm。将主轴转速升高，进给量加大，预留量归零，完成精加工。

3.3 鉆孔、绞孔

用Ф7.8的麻花钻，主轴转速300r/min，进给75mm/min，将孔钻通。然后换上Ф8H9的机用铰刀，主轴转速改为200r/min，进给30mm/min，将孔的直线度进行修正。

3.4 用曲面流线完成曲形面的加工

换上Ф10圆鼻刀进行曲面粗切流线，主轴转速3000r/min，进给1000mm/min，切削方向改成双向，加工面预留量0.2mm，Z最大步进量为0.2mm，从而保证曲形面的粗糙度。其刀路如图4所示。

换上Ф10mm球刀，运用曲面流线精修进行曲面精加工，主轴转速6000r/min，进给1800mm/min，加工面预留量归零。运行程序，完成曲形面的精加工。零件1加工完毕。球刀与圆鼻刀的区别在于：球刀一般是整体式结构，圆鼻刀一般是镶嵌式结构。圆鼻刀磨损较小，球刀容易磨损。所以圆鼻刀用于曲面流线粗切，球刀用于曲面流线精修。

3.5 零件2加工分析

零件2与零件1整体加工工序一致，盘铣刀铣去毛坯，用Ф10mm立铣刀完成正面轮廓和反面圆弧槽的粗、精铣削，用Ф7.8mm的麻花钻将孔钻通，Ф8H9机用铰刀将Ф8mm孔直线度修正，用Ф26mm的麻花钻将中心孔钻通，换Ф10mm立铣刀将孔精铣至Ф28mm的通孔。换上Ф10mm圆鼻刀和Ф10mm球刀，运用曲面流线进行曲形面的粗精加工。零件2完成所有加工如图5所示。

4  工件加工时的质量分析

4.1 加工时遇到的问题

曲形面加工粗糙度差，两个工件曲面台阶装配时配合度低。

4.2 问题原因及改进策略

①问题原因：经过深入分析，上述问题出现是由多个原因共同导致的。刀具质量差会导致表面粗糙度降低，切削力变大等问题。切削力变大就会导致粗糙度下降，从而导致装配时配合度降低。②改进措施：更换高质量刀具，提高工件加工时的稳定性，减轻主轴压力减小切削力，同时提高曲形面表面粗糙度。精铣时提高主轴转速，减小进给量，以提高曲形面表面质量。加工时提供足量切削液，冷却刀具，保证刀具良好切削状态。尽可能减少刀具伸出长度，增加刀具刚性，减小刀具磨损几率。保证工件装夹到位，以避免出现加工时工件下沉，导致二次装夹产生误。

5  总结

本文使用UG软件制图、建模，MasterCam软件进行加工与模拟仿真，对数控加工过程进行分析，得出提高曲形面零件粗糙度的加工方式，运用曲面流线时应在适当范围内减少Z最大步进量，增加刀具双向切削频率，从而提升曲形面的粗糙度，降低废品率，提高加工精度，增强加工效率，这样就会提高曲形面零件装配时的贴合度。

参考文献：

[1]许兆丰.数控铣床编程与操作[M].一版.中国劳动出版社，1994：15.

[2]文怀兴.数控铣床设计[M].化学工业出版社，2006：35.

[3]单文举.动态加工在数控铣床实训中的应用[J].周刊.2017（44）.