基于三轴加工中心加工带有多条向心沟槽直纹曲面弧板的工装分析

李龙泉

摘要：文章针对三轴加工中心加工直纹曲面弧板的多条向心沟槽的技术难点，设计了一套应用于平口钳的专用工装，成功解决了加工中装夹定位的难点，实现了在三轴加工中心上进行沟槽加工，保证了产品质量，降低了生产成本，提高了生产效率；解决了在三轴加工中心上方便加工以往只能依靠四轴加工中心加工的工件，扩大了工艺范围，特别适合中小企业和中小批量生产。

关键字：直纹曲面弧板；向心沟槽；三轴加工中心；平口钳；角度垫块

1. 引言：可以加工多种平面类、曲面类及箱体类零件。但是由于刀具轴Z轴与XY平面的空间夹角固定，致使许多成形侧面与装夹面不垂直的零件无法被加工，如设置在圆弧面上的多条向心沟槽的加工就是三轴加工中心不容易加工的一种情况。本文以橡胶机械常用的一种“弧板”类零件的沟槽加工为例，研究分析一种依靠专用工装进行批量生产的工艺方案。序加工完成了内外弧面和构成32°夹角的两个侧面以及构成450mm长度的两个侧面。现具有以下特点：1，上下两面（即弧形内外侧）在450mm全长方向始终为直纹曲面；2，内弧表面有三条宽度30mm深度与弧面中心距离207.45mm的开放槽口，每条槽口夹角10°，中间一条开放槽与外形居中；3，每条槽口中心还有各三条长短不一的深度方向贯穿的封闭槽口，槽口宽度9mm。4，由于每条槽口中心线通过弧面中心，所以槽口深度方向为径向向心方向；5，该产品批量要求每台机床每小时完成5件。

2. 工艺方案编制：

由于型号为1060的三轴加工中心Z轴与XY平面的空间夹角固定，故采用专用工装对三条槽口的分序加工。

2.1专用工装方案确定：

采用钳口宽度180mm平口钳两只，分布于工件两端，并配以两组角度垫块加以固定的方式进行装夹固定。角度垫块与平口钳动、定钳口使用螺栓进行连接固定。角度垫块使用45号钢由慢走丝线切割加工。

2.2巡边、对刀方案确定：

由于角度垫块是此套加工工艺的关键因素，故采用针对定钳口侧角度垫块进行巡边、对刀，进而间接确立刀具与工件坐标系关系的方法。

2.3第一序中间槽口加工：

由于中间槽口位于外形对称中心，故动、定钳口所使用的角度垫块尺寸相同角度垫块定位作用原理为固定于定钳口上的角度垫块为固定基准，当动钳口带动角度垫块加紧工件后，由于外圆弧的表面和和侧面被限定自由度，从而圆弧中心被限定；动钳口打开时固定于动钳口上的角度垫块远离定钳口使得工件松开，可取出工件。3. 专用工装的设计加工要点：

3.1角度垫块的设计和加工：

角度垫块的设计是否合理，加工精度是否合格是整个工艺方案是否能够达到预期效果的关键。

设计中角度垫块应当注意与工件的接触面并非越大越好，相反而是应该尽量减少接触面积，由于前序弧面加工的差异性不可避免，所以接触面大只会使工件处于过定义定位或定位不实的情况，故通常设计包裹被加工区域接触面积设定为经验值40%即可达到理想效果。并适情况增加容屑槽。材质与工件材质比较，硬度不能太硬，否则容易压伤工件。常用45号钢制造。

角度垫块一般采用慢走丝线切割切割关键定位面。但所使用的毛坯应该先经过调质和六面体磨削加工，以保证尺寸公差和形位公差。

3.2平口钳改装与调试：

平口钳动、定钳口应制造与角度垫块相应的螺纹孔以便连接固定。角度垫块连接过程中应注意使用百分表找正垫块的定位基准面与平口钳定位基准面的平行关系。并且在多只平口钳组合使用时应注意使用百分表找正多只平口钳的定钳口，使之共面。以保证将加工坐标系的对刀误差降到最低。

4. 结论：

本文通过使用三轴加工中心进行直纹面弧板的加工实例，总结出利用专用钳口固定块的专用工装，实现圆弧面上的多条向心沟槽的加工，达到质量标准。这种加工方法具有构思新颖、原理正确、结构简单、使用方便、程序简便、制造容易、高效优质等特点。一旦拥有它，就能在普通加工中心上方便地加工以往依靠四轴加工中心制造的工件。特别适合中小企业和中小批量生产，且精度高、效率高、表面质量好、刀具寿命长。

5.参考文献：

[1]季卫东，李立强.键槽铣床工件专用卡具设计[B].制造技术与机床2012（7）：181-183.