復雜橢球部件的數控車削加工工藝研究

岳宏梅

摘要：本文主要根據某種具體的復雜橢球部件，在分析其零件工藝特點以及加工難度的基礎上，診針對其存在的問題，比如加工工藝性能較差、強度性能不高，剛性差以及加工過程中容易變形等弊端，通過制定出合理的數控車削加工工藝操作方案，選擇適合的數控車床、道具類型以及規格，采取正確的工件裝夾方式，準確高效的完成各個零件的加工工作，進而實現實際的裝置效果。

關鍵詞：復雜橢球部件；數控車削；加工工藝；特點分析；研究

隨著現代制造技術的不斷發展和進步，機械產品零部件逐漸呈精密、復雜化。當前加工業追求的目標是如何合理確保產品的加工質量、提升生產效率，降低廢品率，實現零部件預期的性能。本文主要以具體的復雜橢球部件為例，通過合理安排各部分零件的加工工藝順序，選擇出合適的刀具和切削用量，設計出科學的工裝夾具，進而有效解決復雜橢球部件加工工藝性能差、裝夾難等問題。

1 對復雜橢球部件的加工特點分析

如下圖所示，該橢球部件主要是由七個零部件所構成的，材料性質為鋁合金，要求在數控車床上將其全部完成。從圖上可以看出該部件形狀比較復雜，其中1和2件表面都是橢圓輪廓面，且為待螺紋的薄壁件；第4、5件表面是橢圓輪廓面，內輪廓為球面。件3是帶橢圓外輪廓面及內螺紋的薄壁件。件6是球狀。單間零件工程圖如下圖：

其主要的施工難點分為以下幾點：第一，如何準確保證各個零件之間的同軸度，這同樣也是各個零件進行正確裝配的關鍵點。

2 數控車削加工工序的劃分原則以及選擇

在數控車削加工工序中，一般是按照刀具或者加工表面來區分工序的，應當從以下幾個因素來考慮：

2.1 保證質量

為了保證工件的加工準確性，一般來說，應當按照工集中的原則來進行工序劃分，也就是工序一次性裝夾定位，粗、精加工盡可能全部完成，但是當熱變形和切削變形對工件加工精度發生比較大的影響時，應將粗、精加工分開來進行。

2.2 提高效率

在數控車削過程中，為了減少換刀的次數，節省換刀的時間，應當盡量將需要用同一把刀具的加工部位全部完成之后，再替換為另一把刀具來加工其它部位，同時還盡量減少空行程，用同一把到加工工件的多個部位，以最短的線路到達各個加工部位。

2.3 對車刀刀位點的選擇

所謂的刀位點就是在進行程序編制過程中，刀具所選擇的的代表刀具的位置關鍵點，程序所描述的加工軌跡為該運動的運動軌跡。在數控車削中，從理論上來講的話可以選擇刀具上任意一個點作為刀位點，一般情況下，進行車刀刀點選擇時，要選擇在刀尖或者圓弧刀的中心上。但是為了便于編程，保證加工準確度，車刀刀位點的選擇具有一定的要求和技巧性，通常要注意一下幾點：第一，選擇刀具時能夠直接測量點，刀位點和刀具長度預調時的測定點應盡量保持一致性，第二，在可能的情況下，刀位點能夠使刀具極限位置直接體現在程序的運動指令當中。第三，編程人員應當直接和精度要求較高的尺寸或者難以測量的尺寸建立聯系；第四，編程人員要按照一般慣例選擇刀位點，不宜多變；第五，選定好的刀位點，在刀具調整圖中應當以圖形為標注。

2.4 分層切削是刀具停止位置的確定

當工件外園表面的加工余量比較多的時候，需要分層多次走刀切削，從第二刀開始要特別注意防止刀走到重點時刀量的突增。如下圖所示，設置以90度主偏角的刀具分層車削外圓，合理安排每一刀的切削點，按照順序來，每段提前一小段距離。大約為0.05厘米，這樣一來，有利于延長刀具的使用壽命。如果每一刀都是停止在同一軸向位置上，走刀切削就有可能會受到大量沖擊，造成刀具出現損壞。

2.5 讓刀過程中補值的確定

對于薄壁工件來說，尤其是難切削材料的薄壁工件，切削過程中會因為工件的彈性變形而引起工件尺寸發生變化，一般是呈現外圈變大、內孔變小的特點，此種情況被稱之為讓刀。讓刀的程度和切削時的背吃刀量有著一定聯系。通過采用這種方法，借助刀補值來合理調整范圍，就可以減少或者去除讓刀現象對加工精度的影響。

3 零部件的數控車削加工工藝研究

3.1 機床選擇

該零件的單件較小，而且是批量生產的。從零件形狀、材料以及加工精度等整體性要求來考慮，主要采用HTC2050FANUCOIMALE-MD數控車床。

3.2 專用工裝夾具的設計

為了順利完成各個零件之間的加工工作，使其達到圖紙的規定要求。特別設計了工裝夾具。

在進行加工件3時，首先加工左端內 螺紋，然后通過主夾具利用螺旋夾緊的方式再加工右端內螺紋，這樣一來可以保證件3左右內螺紋的同軸度。其裝夾方式如上圖；

進行加工件4、5時，先添加外輪廓，然后利用主、副夾具，選用軸向夾緊的方式加工內輪廓，這樣一來不僅有效解決了難裝夾的問題，還可以保證件4和件5內輪廓的同軸度。

進行加工件1和件2時，首先加工內輪廓，之后利用主夾具采用螺旋夾緊的方式，并對其它已經加工好的零件作為結構支撐，同時對件1和件2外輪廓展開加工。其裝夾方式如上。這樣可以解決薄壁件加工變形以及切削振動控制問題，還同時保證件1、2、3外輪廓接合面的光滑連貫性。

3.3 零件加工工藝順序安排

零件加工順序的合理性對零件的加工質量有著決定性影響。還對生產率以及加工成本有一定的干擾，所以做好零件的加工順序工作是很重要的。

第一；加工件6和件7時，兩者都應當采用一次性裝夾來完成加工。

第二；三爪夾持工件，精加工件3左端M41X1內螺紋。

第三；三爪夾持件1、2外圈；粗、精加工內橢圓輪廓面，M41X1外螺紋及定位圓柱面。

第四，三爪夾持件4、5，粗、精加工外橢圓輪廓面，但是務必要保證長度尺寸。

第五，加工夾具，先加工副夾具，再加工主夾具；

第六，待完成主夾具加工之后，不從卡盤上直接拆下，直接將件3通過左端內螺紋螺旋夾緊，加工右端面以及右端的內螺紋M41X1。

第七，待件3螺紋加工完成之后，主夾具保持不動，將件3拆下來后直接將4或者5左端，通過橢圓輪廓面的配合，右端通過副夾具軸向夾緊，加工件4或者5的內求面。

第八，加工件1、2、3的橢圓外輪廓面。引進已經加工好的零件作為結構支撐，加工件2和件3右半部分的外橢圓輪廓面，為了消除接刀痕跡，刀具要想件3的左半部分多移動一小段。加工后按照順序拆下件2、3，將件3掉頭裝卡在主夾具上，再將件1螺旋夾緊，然后加工件1和件3左半部分的外橢圓輪廓面。為了防止螺旋夾緊方式加工后螺紋受切削力的影響而不宜拆卸，應當在粗加工后進行拆卸零件，清理完涂油出再裝卡進行精加工。

3.4 選擇合適的刀具及其切削用量參數

選擇合適的刀具，其中包括刀具的材料、幾何形狀、刀尖角的大小，采取合理的切削用量參數，這樣不但能夠提升零件的加工密度和表面質量，還可以有效減少和控制薄壁件的加工變形。具體表格如下圖：

4 結語：

通過分析復雜橢球部件加工的特點，可以從刀具、工裝夾具、切削用量參數以及加工過程控制等多個方面來考慮，進而制定出可行性數控車削加工工藝方案，采取有效措施。這樣一來既保證了零件的加工質量、加工效率，還實現了復雜橢球部件預期的裝配功能，同時外類似零件的加工提供了參考依據。

參考文獻：

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