浅析非圆曲线的加工

吴慧娟

（山西新富升机器制造有限公司，山西 太原 030013）

0 引 言

近年以来，机械加工中常有复杂曲线构成的非圆曲线（例如椭圆线、抛物线、双曲线、渐开线等）零件，非圆曲线加工成为生产制造中的热点。本文以实例对非圆曲线零件的进行图样分析，定位、找正、夹紧的基准面、粗精加工用的刀具等因素进行工艺分析，最终确定优质、高效、安全、低耗的加工方案；既保证了产品质量，又满足了用户要求[1]。

1 图样分析

见图1,该零件在其180°面上半径从R275 mm过渡到R395 mm，随着两侧的开口角从a＝21°上升到a=35°，所对应的开口尺寸也从641 mm扩大到1 008 mm。零件材料60C rMnMo，调质硬度大于320HBW，加工中要保证弧形尺寸正确、接缝良好、表面粗糙度良好。当零件两半对称加工，制造难度很大，零件曲面若有偏差将会造成锥形或管壁厚薄不匀、直接影响产品质量。

2 工艺分析

1）从图1零件曲面三维造型看出，该零件为自由三维曲面，是曲线起伏范围很大的非回转体，不能使用车床加工，需在数控台镗上进行加工。2）因零件表面是弧度变化、且参数连续的，根据加工要求，从加工切分的位置上精心选择，采用大小圆及中间过渡处分割为四段更有利于程序安排和机床加工，也使表面的连续性得到有效保证，经过反复考虑，最后决定把零件分为四段加工，即按径向象限分割成四部分。3）将360°圆周曲线分为四步加工，每次加工90°角，利用机床工作台B轴旋转可以加工两个90°角，然后转动工件90°加工剩余的两个区段。由于每个区域要去掉的铁屑体积相差很大、重量不等，加工的先后次序直接影响零件精度。经过反复考虑，决定先加工切屑小的90°区域（小口），工作台旋转180°后加工切屑大的90°区域（大口）；然后轴向转动工件90°，小口朝下大口朝上，再加工剩余两侧，这样零件重心朝下的稳定性较好。4）零件装夹采用水平V型铁放置、侧边辅助支承的方法，既利于装卡，又利于找正。为保证零件的粗糙度，分为粗加工及精加工；因材料硬度要求高，选择刀具至关重要。粗加工刀具选用 160R5圆弧陶瓷刀片刀盘铣出阶梯状，再用 80玉米铣刀清根。精加工刀具选用可转位合金刀片球头铣刀（光刀时若有磨损或崩裂现象，可以及时更换刀片），并且尽可能使用圆弧涂层刀片（以保证加工精度的稳定性及良好的耐用度）。5）对于零件的曲线精度及机床的连续运行可靠性，先要利用木制模型进行试切加工，检验曲面各项参数及程序的正确性；当试切加工完成后，经检验和用户专家认可合格后，通过总结经验最终确定合理加工方案。

图1 零件的曲面三维造型图

3 加工方案

1）零件的定位、找正、夹紧。在零件一端加长外圆上铣出直边及45°找正基准，以利于控制轴头万向接轴与零件起始位置。零件外圆两端面各钻铰4个M24的定位用螺孔，一方面可在找正零件前后角度时利用千斤顶调整，另一方面可在加工中有效防止零件转动、提高装卡刚度。台镗工作台上对称摆放两块V型垫铁，零件水平放置在V型垫铁上，按精加工过的两端找正压紧工件[2]。2）零件的数控编程及原点设置。（1）零件有复杂的非圆曲线，采用纯手工编程很难实现图纸要求，需用计算机自动编程软件。利用UG软件，根据零件的二维图形和厂家提供的点位数据，绘制出三维实体模型，能为后续的自动编程提供实体模型参数；再用UG软件，生成数控加工所需的数百万条程序。（2）程序的坐标原点设置在零件轴心线上，设置方法是：先把精车过的两端轴径精确测量出来，开出镗杆轻靠在轴上方，在机床对刀选项里把Y设置为轴径的一半加镗杆的一半得出的数值，镗杆装上铣刀，把Y开到零上，然后Z向往前开、直到端齿接近轴最高点留约0.05 mm，在对刀选项里把Z直接设置为轴径的一半；X的设置是镗杆分别靠在零件大圆两最外端、除以2的位置上清零，就有了工件X的零位。3）零件加工中的问题及解决方法。（1）原点设置好后，开始粗加工，粗加工按四段进行，采用 160R5圆弧陶瓷刀片刀盘（按数控程序铣出阶梯状），每刀切削层深2 mm，留精加工余量0.8 mm；当铣至底部时，由于 160 R5圆弧刀盘直径大，达不到曲线要求，改用 80玉米铣刀清根。但加工第三段（大口）时出现了异常情况，程序正常运行到后面时，刀盘刀体在对角的进刀处逐渐碰上了上下方向暂不加工的毛坯；分析原因，是因UG软件自动编程时不会考虑到另外两个方向毛坯还未加工，自动认为是空位造成的。为了避免磨伤刀体，采用玉米铣刀把可能磨伤刀体的毛坯提前铣掉一点，这样就可有效避免了问题的发生。精加工采用 60可转位合金刀片球头铣刀。由于精加工程序特别长（一个区段程序就十几兆、上百万条之多），一旦出现临时断电或者死机等异常情况，程序断点在哪里很难查找，若从头开始加工浪费时间又太多；后来想出办法每半小时记录一次程序坐标，一旦异常中断程序发生，根据记录坐标利用系统搜索指针，可迅速找到断点的大概位置、以便继续运行程序，这样不仅节约了时间、也保证了精加工的顺利完成。

4 结束语

通过合理的加工方案，零件的非圆曲线加工顺利完成，经复核及用户的现场确认：零件加工取得良好效果，是加工的新思路。

[1] 杨继宏.数控加工工艺手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2] 韩鸿鸾，张秀玲.数控加工技师手册[M].北京：机械工业出版社，2005.