四軸零件加工及夾具設(shè)計(jì)

(深圳技師學(xué)院 廣東 深圳 518000)

裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。

數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：(1)機(jī)械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；(3)自動(dòng)控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)；(6)軟件技術(shù)等。

一、工藝

需加工如下圖所示零件:

其所示加工圖樣中，如需加工需自制其四軸夾具，夾具與工件的聯(lián)接采用心軸進(jìn)行定位，以保證其同軸度和控制其零件圓跳動(dòng)度誤差。

工藝卡：

序號(hào)工步作業(yè)內(nèi)容刀具主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度背吃刀量備注1平面銑80×40Φ10280012005A軸旋轉(zhuǎn)180度2銑削80×40菱形Φ10280012005A軸旋轉(zhuǎn)180度3銑削Φ32內(nèi)孔Φ10280012005A軸旋轉(zhuǎn)180度4銑削30×20深7槽Φ10280012005A軸為0度5銑三條60度×14槽Φ10280012005四軸聯(lián)動(dòng)加工留0.2佘量6加工C-CΦ110三條槽Φ10280012005四軸聯(lián)動(dòng)加工7加工30×16Φ10280012005A軸負(fù)60度留0.2佘量8加工Φ18孔Φ10280012005A軸正60度9精銑三條60度×14槽Φ645008003四軸聯(lián)動(dòng)加工10精銑三條60度×8槽Φ645008003四軸聯(lián)動(dòng)加工11精銑削30×20深7槽Φ645008003A軸為0度12精銑削80×40菱形Φ645008003A軸旋轉(zhuǎn)180度13精加工90度深5Φ645008003A軸聯(lián)動(dòng)定向加工14精加工四個(gè)Φ8鉸孔Φ645008001.5留佘量0.115開(kāi)粗6-R6 3-R4Φ645008001.6留佘量0.216開(kāi)粗放樣曲面Φ645008001.6留佘量0.217精加工曲面Φ860002400加工佘量018鉸4個(gè)Φ8孔Φ8300100鉸孔佘量019銑Φ30和Φ20展開(kāi)圓Φ2球刀80002000.05四軸聯(lián)動(dòng)加工

二、加工難點(diǎn)

1.Φ36芯軸配合孔，(公差為下偏差0.025、上偏差為0.05)此為進(jìn)行四軸加工的關(guān)健部位，如此芯軸孔過(guò)小就會(huì)造成裝不上第四軸(A軸)進(jìn)行加工，如果要是公差過(guò)大就會(huì)造成不能與第四軸(A軸)上的芯棒進(jìn)行有效定位而造成圓跳動(dòng)度誤差。

2.加工左視圖中2MM深90度斜面，在使用Φ6立銑刀進(jìn)行四軸定向加工時(shí)，立銑刀有效長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于25MM，否則就會(huì)造成夾頭與工件之間的干涉。

夾具設(shè)計(jì)

夾具在此四軸零件加工時(shí)是至關(guān)重要的一個(gè)部件，不可與缺的。就此夾具設(shè)計(jì)如下所示：

1.圖紙要求同軸度要求為0.04，這就要求夾具有極高的同軸度并是一次成型出來(lái)。

2.圖紙有三個(gè)Φ11的過(guò)孔，就可以得出，是以螺栓聯(lián)接并緊固，以芯軸進(jìn)行定位。

3.夾具和四軸以Φ30通孔進(jìn)行定位，前后芯軸一次成型出來(lái)，以減少調(diào)頭加工時(shí)所造成的同軸度誤差。

裝配加工：以Φ30芯軸與四軸轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)孔相配合定位，以M12內(nèi)六角螺栓將夾具與軸轉(zhuǎn)盤(pán)相緊固并定位，然后將四軸零件以M10內(nèi)六角螺栓(長(zhǎng)75MM)通過(guò)Φ11過(guò)孔與夾具緊固并以Φ36芯軸配合定位。

加工與仿真

仿真軟件在現(xiàn)代加工制造過(guò)程中扮演著舉足輕重的角色，就本文中使用的VERICUT 7.0軟件的優(yōu)點(diǎn)作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹：

CNC機(jī)床仿真和零件驗(yàn)證

消除碰撞；避免了零件試切；減少機(jī)床的加工時(shí)間；實(shí)現(xiàn)新零件一次加工成功；減少?gòu)U品和重加工

CNC程序的切削速度優(yōu)化

縮短CNC生產(chǎn)周期；提高精加工質(zhì)量；延長(zhǎng)刀具壽命；避免手工調(diào)整進(jìn)給率

過(guò)程檢測(cè)、分析和CAD模型輸出

檢測(cè)、測(cè)量和分析零件，確保尺度精度；模擬切削的零件和設(shè)計(jì)原型的對(duì)比；CNC機(jī)床探頭運(yùn)動(dòng)仿真；創(chuàng)建檢測(cè)報(bào)告和結(jié)果文檔；從NC數(shù)據(jù)創(chuàng)建CAD模型

以知識(shí)為基礎(chǔ)的加工

VERICUT是一個(gè)真正的“以知識(shí)為基礎(chǔ)”的加工系統(tǒng)：通過(guò)仿真過(guò)程，VERICUT能夠準(zhǔn)確地分析計(jì)算每次切削的深度、寬度和切削角度，以及每個(gè)切削步材料的去除量。應(yīng)用以上信息，OptiPath把切削運(yùn)動(dòng)分為若干個(gè)小段，在必要時(shí)，根據(jù)每個(gè)切削段的材料去除量，為各切削條件指定最佳進(jìn)給率，然后輸出一個(gè)新的刀具路徑，除了改進(jìn)的進(jìn)給率，其余均與原來(lái)的相同。它不會(huì)改變刀具軌跡。

設(shè)置簡(jiǎn)單、使用方便

在零件加工時(shí)設(shè)置向?qū)?huì)提示您為刀具設(shè)定。本質(zhì)上，用戶是為刀具定義添加了只能。這把刀具的所有設(shè)定都被存儲(chǔ)在一個(gè)優(yōu)化庫(kù)里。只一次定義這設(shè)定，往后每次使用這把刀具時(shí)，切削可能立即被優(yōu)化！

優(yōu)化模塊有一個(gè)“學(xué)習(xí)模式”。可以自動(dòng)創(chuàng)建優(yōu)化庫(kù)。對(duì)于每一把刀，優(yōu)化模塊算出最大體積切除率和切削厚度，然后把它們應(yīng)用到該刀具的優(yōu)化設(shè)定中。

粗加工程序化

粗加工的目的是盡快取出材料。在不斷變化的切削條件下，優(yōu)化功能維持刀具能以最大的安全速度切入材料，例如：在鋁制航空結(jié)構(gòu)件的平面加工過(guò)程中，材料軸向切削深度也許恒定不變，但每次切削的徑向?qū)挾葏s有很大的不同，優(yōu)化功能隨時(shí)修正進(jìn)給率，以保持恒定的體積切除率。

精加工程序優(yōu)化

當(dāng)?shù)毒咔邢鹘?jīng)過(guò)粗加工后留下的材料或經(jīng)過(guò)半成品的工件成型表面時(shí)，切削抗力變化很大。為了維持穩(wěn)定的切削抗力，優(yōu)化模塊調(diào)整進(jìn)給率。(為了減少“薄切削”的問(wèn)題，道具制造商會(huì)推薦保持恒定的切削抗力值)這樣既延長(zhǎng)了刀具的壽命，又提高了精加工質(zhì)量。尤其是在用球頭端銑刀進(jìn)行斜切或用小步幅加工表面時(shí)，非常關(guān)鍵；例如：在工具鋼模型腔中進(jìn)行半精加工或精加工時(shí)。

加工過(guò)程：1、Φ10立銑刀加工如圖：

三、使用Φ6立銑刀和Φ8球刀頭加工如圖所示：

復(fù)雜曲面及四軸聯(lián)動(dòng)加工的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控編程是一涉及到眾多領(lǐng)域知識(shí)的復(fù)雜流程，是數(shù)字化仿真及優(yōu)化的過(guò)程。本文介紹的軸軸零件加工中的多軸聯(lián)動(dòng)編程技術(shù)，已用于工程實(shí)際大型葉片的數(shù)控編程中，實(shí)現(xiàn)了大型轉(zhuǎn)輪葉片的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的刀位軌跡計(jì)算和加工仿真，保證了后續(xù)數(shù)控加工的質(zhì)量和效率，已作為大型水輪機(jī)葉片五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的編程工具用于實(shí)際生產(chǎn)中。