调节轮方孔数铣加工及夹具的设计

李海东

（江苏大学，江苏 镇江 212003）

1 调节轮零件技术要求和工艺分析

1.1 调节轮零件

如图1 所示，材料为45 钢调质处理，外圆柱面上需车出M32×4 mm 螺纹，厚度8 mm，要在其圆心位置做出一个6 mm×8 mm 的方孔，深度贯通。注意：方形孔和外圆处的螺纹面有对称度要求，和两侧的平面有垂直度要求，6 mm×8 mm 的方形孔内侧4个面要求平整无扭曲，不能有大小头的锥度。

1.2 零件毛坯

如图2 所示，外圆柱已车出M32×4 mm 螺纹，在圆心处位置事先钻加工好Φ5 mm 的工艺孔，只需沿着工艺孔铣制出6 mm×8 mm 的方形孔即可。

1.3 工艺分析

⑴尽量选择最短的加工工艺流程。⑵尽可能发挥机床的各种工艺特点，最大限度地发挥数控机床的综合加工能力特长。⑶减少工序与工艺加工，尽量简单化原则。⑷在对加工程序的安排中，应使程序结构安排合理、简短、便于调整。⑸由于Φ3 mm 的立铣刀钢性差，而零件经过调质材料较硬，只能采取分层轮廓切削方式，一层一层的往下铣加工。

2 设计制做夹具

2.1 设计夹具

由于调节轮外表不规则，较小且薄，要加工圆心位置的方孔，要先设计制造专用夹具来解决安装定位问题。夹具的作用是使工件相对于机床和刀具具有正确的安装位置，因此，夹具的设计是否合理是工件加工质量的基本保证。工件安装在机床上，首先要依靠工件上若干已加工要素作为定位的基准，这是加工的前提和准备工作，必须要做好，并且设计的工装夹具要尽量简单、可靠，便于零件的装卸，调整起来也不要太复杂，才能降低加工难度、减轻劳动强度、提高工作效率，下面利用solidworks 软件对夹具进行设计。

把调节轮模型文件导入solidworks 软件，用鼠标左键先选中调节轮的一个平面→点右键→选草图绘制→进入草图界面，首先抽取调节轮外圆轮廓线→采用转换实体引用功能→点等距实体做出Φ32.5 mm 的同心圆轮廓线→再分别画出Φ12 mm、Φ36 mm、Φ40 mm 的同心圆，如图3 所示→退出草图。进入特征界面，利用拉伸凸台和拉伸切除功能做出如图4 所示弹性过渡套模型，最后出图纸。

2.2 制做夹具

选用65Mn 的弹簧钢棒料，先经过调质，然后利用普通车床，按照图纸车加工过渡套零件→钳工锯缝→最后经过热处理加工，作为铣调节轮方孔的专用夹具，弹性过渡套零件就做好了，如图5 所示。

3 数控编程和加工

3.1 加工前的准备工作

由于调节轮零件短且小，如果一个一个的加工，加工效率会很低，为提高经济效益，根据西门子XK500 数控铣床的工作台大小，把3 只自定心3 爪卡盘，依次校平、固定在数控铣床的工作台上，如图6所示，一次安装加工3个零件。

把一根Φ20 mm 的芯棒装夹到最左边的3 爪卡盘上，上边露出卡爪30 mm 左右，把杠杆百分表装在数控铣床主轴上，利用手摇脉冲发生器，并且用手转动主轴，调整主轴和3 爪卡盘圆心同心，记下机械坐标的数值，再用相同方法找到另外2个3 爪卡盘的圆心坐标，依次把坐标数值存入G54、G55、G56存储寄存器中。将弹性过渡套放在3 爪卡盘上，再将调节轮零件装入过渡套，锁紧3 爪卡盘，零件就安装好了，简单方便。编程原点设在3个卡盘的圆心上，且z 轴0 点设在零件上表面。编程时采取多层轮廓切削方式，把切削一层的轮廓刀路编为子程序，用主程序多次调用子程序，以减少编程量。

3.2 编写程序

%LLL.MPF ∥主程序名为LLL

G90G54 ∥建立工件坐标系

S3000M3 ∥主轴正转，转速为3000 r/min

G0Z30 ∥定义起始高度

X0Y0 ∥定义X 轴、Y 轴坐标起始点位置

M8 ∥冷却液开

G1Z10F1000 ∥下刀到高度10 mm

Z0F500 ∥下刀到高度0 mm

LL P27 ∥调用子程序LL，调用27次

G0G90Z50 ∥抬刀到高度50 mm

G55X0Y0 ∥快速运行到G55 原点

G1Z10F1000 ∥下刀到高度10 mm

Z0F300 ∥下刀到高度0 mm

LL P27 ∥调用子程序LL，调用27次

G0G90Z50 ∥抬刀到高度50 mm

G56X0Y0 ∥快速运行到G55 原点

G1Z10F1000 ∥下刀到高度10 mm

Z0F300 ∥下刀到高度0 mm

LL P27 ∥调用子程序LL，调用27次

G0G90Z200 ∥抬刀到高度200 mm

M9 ∥冷却液关

M5 ∥主轴停

X-200Y180 ∥工作台出

M30 ∥程序结束

%LL.SPF ∥子程序名为LL

G91 ∥增量编程

G1Z-0.3F800 ∥下刀0.3 mm

G90 ∥绝对值编程

G42Y3D1 ∥加刀具半径右补偿

X4 ∥直线插补

Y-3 ∥直线插补

X-4 ∥直线插补

Y3 ∥直线插补

X2 ∥直线插补

G40X0Y0F1000∥取消刀具半径补偿

M17 ∥返回主程序

4 结 语

程序中每0.3 mm 切削一层，累计切削27 层正好贯通零件，程序简单明了，条理清晰，便于调整。此外，加工时要注意经常测量调节轮方孔尺寸，如果发现小了，只需调整刀具半径补偿，即可避免工件超差。