汽車車燈面罩模具豎紋的三軸加工創新

孫鐵城 王繼群

（北京工業職業技術學院機電工程學院，中國 北京100042）

0 引言

近幾年來，隨著數控多軸加工技術在數控領域中快速發展，多軸機床在數控機床中所占的比重越來越大，復雜機械零件的生產加工能力也進一步提高。但是，多軸數控機床的成本較高，價格昂貴，目前對于中小企業，多軸機床的普及率還不高。在生產加工中，如果遇到多軸加工的實例，企業自己本身又不具備多軸設備的情況下，可以通過加工創新，改進工藝的方法，使用三軸數控機床完成生產任務。本文在這里闡述了汽車車燈面罩模具豎紋的三軸加工創新過程。

1 汽車車燈面罩簡介

從20世紀開始，汽車就已經成為人類社會重要的交通工具，大大方便了我們的出行，縮短了地域之間的距離，促進了經濟的快速發展。汽車車燈面罩是汽車中不可或缺的組成部分，它起到保護車燈，調節光線，美觀汽車外形的作用，面罩材質通常是塑料，在表面上有很多豎紋，如圖 1。

圖1 汽車車燈面罩

2 汽車車燈面罩模具結構設計

汽車車燈面罩一般是通過模具注塑成型的，由于車燈面罩表面通常被設計成若干豎紋的外形，這就要求生產它的模具內腔表面必須也具備若干豎紋，模具的豎紋結構如圖2。由于豎紋的空間位置是傾斜的，因此給模具的生產加工帶來了一定的難度。

圖2 模具的豎紋結構

3 模具豎紋的三軸加工創新

3.1 五軸加工

由于汽車車燈面罩模具豎紋的空間位置是傾斜的，因此這項生產任務首選的加工設備是五軸加工中心，五軸加工中心的數控加工功能十分強大，刀具可以傾斜轉動，從而解決了位置傾斜的豎紋難以加工的問題。

3.2 三軸加工方案創新分析

但是如果加工現場不具備五軸加工設備，如何用三軸的數控銑床來完成加工呢？我們知道，問題的關鍵在于模具豎紋的加工必須要求數控銑刀傾斜，而銑刀傾斜恰恰又是三軸銑床無法實現的，那我們可以做一個加工方案的創新，在三軸的數控銑床上增加一個角度頭，先把角度頭裝在銑床的主軸上，然后把銑刀最終裝在角度頭上，讓角度頭去實現傾斜加工，如圖3。

3.3 角度頭的設計及功能

角度頭該如何設計呢？

首先要讓角度頭具備兩種運動方式，一種是繞數控銑床的主軸即Z軸轉動，另一種是裝卡數控銑刀的角度頭懸臂可以擺動，如圖4。如何來實現這兩種運動方式呢？我們分別在兩個運動部位上，通過設計2組法蘭盤就可以實現，在每組法蘭上設計36個螺紋孔，如圖5。需要轉動時，先卸下螺絲，就可以旋轉法蘭盤，再重新擰緊螺釘，這樣角度頭就能夠以10度為單位進行機械旋轉了，角度頭懸臂擺動也是用這種方法。雖然沒有實現連續旋轉，但對于加工車燈模具已經沒有問題了。

圖3 角度頭

圖4 角度頭旋轉擺動示意圖

圖5 法蘭盤示意圖

其次，還要給角度頭單獨配伺服電動機，這一點也很重要。我們知道，裝在數控銑床主軸的銑刀高速旋轉銑削工件時，動力從哪來？當然是通過主軸伺服電動機傳遞的。同樣道理，裝在角度頭懸臂上的銑刀銑削旋轉的動力從哪來呢？可以有兩種方法解決這個問題，一種方法是在角度頭內部的機械結構中加入錐齒輪，利用錐齒輪把銑床原來主軸的旋轉運動直接傳遞給角度頭懸臂。另一種方法是給角度頭單獨配伺服電動機，利用伺服電動機帶動角度頭懸臂旋轉，這里采用第二種方法。

再次，讓角度頭上部具備刀柄結構，這樣做是為了能把角度頭順利的裝卡在數控銑床的主軸上，使角度頭與機床融為一體。

利用增加了角度頭的三軸數控銑床就可以加工模具表面豎紋了，如圖6所示，數控銑刀實現了傾斜加工，完成了模具制作。雖然設計制作角度頭也需要一定的成本，但比起購買多軸設備，成本還是大大降低了，從而節約了資金。

圖6 模具豎紋加工過程

3．4 模具精度的檢測

汽車車燈面罩模具加工完成以后，使用三坐標測量機對其進行尺寸、形狀、位置、曲面曲率的全方位檢測。經過檢測，增加了角度頭的三軸數控銑床所加工的模具精度完全合格，與五軸數控機床加工效果的一樣，達到了生產的標準。

3．5 加工成果

汽車車燈面罩模具的加工成果如圖7所示。

圖7 模具產品成果

3．6 展望

本次創新中的角度頭并沒有能夠實現連續轉動，而是依靠法蘭盤以10度為單位進行機械轉動，我們可以在此基礎上進一步創新，通過對其機械結構和電氣控制的改進，實現角度頭連續轉動，進一步提高它的加工功能，甚至可以用來加工航空航天、核能、能源領域的關鍵零部件，如飛機發動機的葉片、核電泵葉片、火電汽輪機葉片等，使其成為數控機床重要的附件。

4 結束語

在數控加工中，我們經常會遇到各種各樣的難題。例如由于設備的原因，要求我們用三軸機床來完成五軸機床的加工任務，我們通過引入角度頭，圓滿的完成了車燈模具的數控加工。只要我們開創思維，改進工藝，制定新的加工方案，就能夠克服困難，解決生產加工中的問題。

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