復雜型面零件的數控銑削加工工藝編制

唐建文

（廣東技術師范學院 機電學院，廣州 510635）

0 引言

在數控加工技術廣泛應用的今天，數控機床、數控加工工藝和數控加工編程三者相互影響。好的數控機床硬件設備，也要有好的軟件——數控加工工藝和數控加工程序相配合，才能使加工技術更上一層樓。現在功能強大CAD/CAM軟件的普遍應用，基本上都采用自動編程，而數控加工工藝的分析設計卻需要經驗豐富的技術人員，且數控加工工藝的分析與處理是數控加工編程的前提和依據，因此數控加工工藝的重要性被提到了更高的地位。

本文以數控銑削加工具有復雜型面零件為例，說明數控加工工藝的分析設計過程。

1 復雜型面零件工藝分析

首先，加工零件是先從圖紙入手的，根據零件的二維圖，要對零件進行零件圖樣分析（尺寸精度分析、形位精度分析），零件結構分析、零件毛坯尺寸工藝分析。

圖1所示零件是具有二維平面及三維曲面的復雜型面零件，主要加工的是四個部分：6個均布的Φ8孔，挖槽和外形加工，三維曲面加工和小凸緣加工。零件有一定的尺寸精度要求，基本上都在±0.02范圍內，形位精度有頂面與底面的平行度要求，側面與底面的垂直度要求。零件圖紙中的尺寸公差采用了對稱公差帶形式，方便了數控加工，因此可采用數控銑床加工達到其技術要求。

零件屬于小批量生產，夾具采用通用夾具——虎鉗夾持零件，在一次裝夾中完成全部的粗、精加工，減少裝夾次數和定位誤差。

零件毛坯采用鑄鋁件，考慮鑄件有較大的變形量，且毛坯在采用數控銑削加工時定位和夾緊的可靠和方便，應留有較充分的余量，因此毛坯尺寸為120x30x80（mm），采用MasterCAM9.0進行三維造型如圖2所示，在MasterCAM9.0進行刀具路徑設計。

圖1 零件三視圖

圖2 零件Pro/E建模立體圖

2 零件的主要結構部分加工方法的分析

6個Φ8孔尺寸精度不高，表面粗糙度Ra3.2μm，加工方法采用鉆孔可達到要求；

在數控銑削平面、挖槽加工中，主要采用端銑刀和立銑刀，粗銑的尺寸精度和表面粗糙度一般可達IT11~IT13，Ra6.3~Ra25μm；精銑的尺寸精度和表面粗糙度一般可達IT8~IT10，Ra1.6~Ra6.3μm；粗糙度要求較高時精加工就采用順銑方式[1]，因此銑削平面、挖槽等分粗、精加工兩個工序則可達到零件的精度要求；

Φ40±0.02的三維曲面由兩個半徑為R26的圓弧面相切而成，表面粗糙度為Ra1.6，曲面形狀不復雜，曲率變化不大，精度要求不高、可采用球頭銑刀加工；

厚度為3mm的凸緣，內側為深度6mm直紋面，外側為R3的連接圓弧曲面，壁厚小于3mm為薄壁加工，為減小切削拉力而出現變形的現象，粗加工時在凸緣兩側留有相同的加工余量，精加工時采用小的背吃刀量(單邊0.1~0.05mm)、多刀的加工方式。

3 切削用量的選擇

切削用量包括切削速度、進給量、切削深度3要素，只要增大其中之一個都可提高加工效率，合理選擇切削用量，針對不同的零件形狀特征型面如平面、坡面、曲面和圓面等，應采用不同的切削用量，合理的切削用量對于刀具耐用度和工件加工質量起著決定性作用。

根據實踐經驗所知，常規零件粗加工時，適于采用大的切削深度和低的進給速度，提高加工效率；精加工時，要獲得較好的表面粗糙度和加工精度則要合理的切削速度，較小的背吃刀量和進給量，當零件表面粗糙度為Ra0.8~Ra3.2μm時，精銑時圓周銑側吃刀量取0.3~0.5mm，面銑刀背吃刀量取0.5~1mm。

4 工序設計

在數控銑床上加工零件，不同的工序需要選擇不同的刀具，確定合適的加工參數和加工余量。以工序集中原則，按粗、精加工劃分工序。

1）粗銑：主要是切除大量材料，選用較大的切削進給量，則切削力較大，為利于切削采用順銑方式；粗銑時，選用直徑為Φ8mm的平刀，主軸轉速為n=1800r/min，進給速度400r/min，留下加工余量為0.2mm。采用二維刀具路徑粗加工，面銑削毛坯的頂面和側面，采用三維刀具路徑曲面粗加工，挖槽加工外形和凸緣Φ40±0.02曲面，挖槽加工Φ75×105帶有凹槽的半徑為R850的圓弧曲面。

2）精銑：主要目的是銑削加工出所需要的型面，保證達到尺寸精度要求、形狀位置精度和表面粗糙度要求。精銑時，選用直徑為Φ6mm的球刀，主軸轉速為n=1800r/min，進給速度800r/min；采用三維刀具路徑精加工，平行銑削Φ40±0.02曲面，平行銑削Φ75×105帶有凹槽的半徑為R850的圓弧曲面，投影銑削凸緣外側的R3圓弧曲面。

3）鉆孔：最后選用直徑為Φ8mm的鉆頭加工6個Φ8孔，主軸轉速為1500 r/min，進給速度為150 r/min。

根據上述的分析和設計后，在數控銑床上加工零件，如圖3示為完成加工后的零件。

圖3 零件加工后的實物圖

5 數控銑削加工工藝的主要內容

在數控加工中，大都是小批量或單件加工，而且零件輪廓外形復雜多樣的，毛坯材料、形狀大小各不相同，但數控加工工藝編制的思路基本上都是一致的：首先分析被加工件的零件圖，確定加工的內容和技術要求，把尺寸公差轉換成方便數控加工的對稱公差，確定毛坯尺寸；然后確定零件結構的加工方案；接著進行加工工序的設計，確定加工順序，選擇合理的切削用量，設計刀具路徑；最后采用CAM軟件仿真加工校驗，并對加工程序調整。

由于數控加工的復雜性，其工藝設計非常靈活，沒有固定的模式，但只要認真總結，對常加工的結構——如平面、曲面、斜面、箱體、薄壁件等總能找出一定的加工規律，建立工藝庫或模塊化工藝，使數控加工工藝不斷完善。

6 結束語

數控加工中的工藝設計是數控編程中重要的環節，關系到數控機床的使用效率、零件的加工質量、刀具的耐用等問題。因此數控編程人員在擬定零件數控加工工藝時，應進行充分、全面的工藝分析，靈活、合理地設計數控加工工藝。

[1]王愛玲.數控機床加工工藝[M].機械工業出版社,2006.

[2]董天毅.加工工藝對加工精度的影響[J].汽車制造業,2008,7.

[3]譚雪松,姜勝,陳霖.Mastercam數控加工實戰訓練[M].人民郵電出版社,2005.