凹模數控加工工藝及程序設計

白銀礦冶職業技術學院 魏鵬

一、零件的結構工藝分析

零件形狀如圖1 所示，有輪廓加工、凹圓弧加工及孔加工等。由于典型零件為內圓弧且盲孔薄壁零件，形狀比較簡單，但是工序復雜，所以從精度要求上考慮，定位和工序安排比較關鍵。零件的尺寸公差在0.05—0.1mm 之間，且凹模底部為球面，區域面積較小，表面質量和精度要求高，達到了Ra1.6um，在數控銑床上一次裝夾，相對難加工，球頭銑刀加工時容易產生刀紋，處理不好可能會導致其公差及表面粗糙度難以達到要求。為了保證加工精度和表面質量，工藝安排為粗加工和半精加工在數控銑床上加工，精加工在數控車床上加工。

圖1

二、設計夾具及裝夾方案

結合零件圖分析，該零件加工工序簡單，主要是提高內孔圓球的光潔度，為了提高加工效率及加工精度，在數控車床上制作了專用夾具。

制作該夾具時，將夾具的中心車出一個定位柱與凹模的底面定位孔作為定位，凹模定位孔與夾具中心的定位柱是過盈配合， 為了防止在加工過程中定位柱松動產生移動，然后用壓板將工件的加工面夾緊，加工內孔圓球，依次安裝定位，加工其余內孔圓球，如圖2、圖3 所示。

圖2

圖3

三、確定加工順序

1、數控銑床

備料100mm×100mm×35mm →銑出定位面（B 面）→鉆定位孔→翻面→銑出加工面（A 面）→鉆凹模→粗銑凹模→半精銑凹模。

2、數控車床

裝夾夾具→將凹模裝夾在夾具上面→精加工凹模→去毛刺→檢驗各尺寸。

四、刀具及切削用量選擇

部位 刀具名稱 刀具型號 轉速 進給量1、銑定位底面 面銑刀 Φ80 500r/min 200mm/min鉆均布孔 麻花鉆 Φ4 600r/min 60mm/min 2、銑加工表面 面銑刀 Φ80 500r/min 200mm/min鉆均布孔 麻花鉆 Φ12 300r/min 80mm/min粗銑均布孔 平底刀 Φ12 800r/min 150mm/min半精銑孔底圓弧 球頭銑刀 Φ8 1200r/min 150mm/min 3、精加工均布孔 圓弧車刀 R6 800r/min 0.1mm/r

五、凹模的加工工藝

（1）在銑床上，用虎鉗夾住100mm×100mm×35mm的毛坯，用面銑刀銑一個基準面（A 表面）及四周，然后，翻面用百分表打表找正，銑出另一面基準面（B 表面）。

（2）用Φ4 的鉆頭，在已經裝夾好的毛坯B 表面上均布鉆出9 個小孔。

（3）翻面以B 表面為下表面，用百分表打表找正，虎鉗夾緊毛坯，在A 表面上，向下銑去0.5mm，然后用Φ12的鉆頭，鉆出深21mm 的落刀孔，依次鉆完9 個孔。

（4）換Φ12 平底刀粗銑內表面，每層下刀1mm，深21mm，內徑留1mm 的余量，依次銑完9 個孔。

（5）用Φ8 的球頭刀半精加工內孔圓弧面，每層進刀0.5mm，內徑留0.5mm 的余量，依次銑完9 個孔。

（6）換車床，把已經做好的夾具（鋁合金）夾在車床上，然后再把夾具端面車平，夾具中心車削出Φ4mm×3mm 的小臺階，作為回轉中心的定位柱。

（7）然后以零件B 表面為基準面，以夾具上的定位柱為固定點，貼合裝夾在夾具上面，用壓板壓緊并固定好。

（8）用R6mm 的圓弧內孔刀，逐一精加工凹圓弧表面。

（9）完成零件精加工。

六、數控加工程序設計

編程時以刀位點圓弧圓心進行編程，加工時對刀點在R6 圓弧刀的圓心，用R6 的圓弧刀加工內孔時，刀具與加工表面是圓弧與圓弧相切加工，能獲得很好的表面質量， 能有效控制零件加工精度。注意進給速度要縮小一個等級，因為車刀實際走的速度會以內孔圓弧刀的圓心走刀，如圖4、圖5 所示，而不是圓弧刀弧面接觸點來走。

圖4

圖5

數控車精加工參考程序如下：

O1234

N1 M43（高檔位轉速）

N2 T0101（刀具號）

N3 M03 S800（主軸正轉轉速）

N4 M08（冷卻液開）

N5 G00 X0.0 Z8.0（刀具圓心與工件同軸，離工件8cm）

N6 G00 X-1.000 Z2.537 （刀具Z 向與工件接觸）

N7 G01 X13.126 F0.1（刀具X 向與工件接觸）

N8 G01 X6.747 Z-4.297 （加工第一條斜面）

N9 G01 X3.965 Z-14.763 （加工第二條斜面）

N10 G03 X0.0 Z-16.500 R2 （加工圓弧）

N11 G01 X0.0 F20 （X 向退刀）

N12 G00 Z8.0（Z 向退刀）

N13 M09（冷卻液停）

N14 M30（主軸停，程序結束返回程序頭）

七、結語

本文通過在數控銑床和車床上加工圓弧零件的實際經驗，詳細闡述了加工工藝路線、操作技巧，從加工案例中可以發現，合理選擇工藝路線和刀具，利用設計的專用夾具保證了凹模零件的加工效率及加工精度。解決了在實際加工中，用球頭銑刀加工凹圓弧時，表面所產生的刀紋，也避免了刀具在加工中出現過切和欠切現象這一難題。