多頭小螺距非等分內(nèi)螺旋面零件加工★

曹歧平，聞 文，田翠清，佟佳薈

（包頭職業(yè)技術(shù)學院 數(shù)控技術(shù)系，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

引言

劃削加工是在多軸加工中心中主軸刀具保持連續(xù)定位，不進行旋轉(zhuǎn)運動，使切削刃相對于中心位置保持不變，通過工作臺移動帶動工件位移產(chǎn)生主切削力，產(chǎn)生劃動切削。

在空間狹小或不規(guī)則的區(qū)域內(nèi)，多軸加工機床無法完成刀具的旋轉(zhuǎn)切削動作，針對此工藝難題，嘗試新型加工方法的研究，對刀具、加工工藝、設(shè)備的工藝條件進行試驗，并對自動加工程序進行編制。

空間多曲面復(fù)雜零件多使用CAM 軟件進行加工程序編制，以減少曲面點的計算，提高零件的加工精度。

試驗產(chǎn)品零件為非等分多頭小螺距內(nèi)螺旋面零件，如圖1 所示。該零件圍繞中心孔有六處均布孔，每處孔口部有內(nèi)螺旋面，是加工的重點、難點。螺旋面為雙起點，用車削的辦法無法實現(xiàn)。

圖1 非等分多頭小螺距內(nèi)螺旋面零件

該零件可利用五軸加工中心（或帶數(shù)控轉(zhuǎn)臺的立式銑床）進行加工，但CAM 軟件無法滿足新工藝要求，主要以手工編制多軸加工程序為主。

本文主要以五軸加工中心為例進行研究。機床的定位精度和重復(fù)定位精度都要求在0.005 mm 之內(nèi)，將零件安裝到工作臺上任意位置，用上道工序完成的孔中心作為基準進行找正，并在端面進行壓緊，以零件中心Φ72 孔為坐標原點，利用坐標旋轉(zhuǎn)程序，計算每處孔的位置，以加工孔中心為坐標編制加工程序。通過手工編制宏程序加工該零件，實現(xiàn)“劃削”加工。

1 非等分多頭小螺距內(nèi)螺旋面零件加工部位的工藝分析

如下頁圖2 所示，該零件特點是后端有六個半開放式閉鎖孔，在每個孔內(nèi)有六處小螺距不等分內(nèi)螺旋面，螺旋面距端面距離分別為和用與之相配合零件的螺旋面起配合作用，對產(chǎn)品形成閉鎖作用，定位尺寸精度要求達到0.02 mm，各孔內(nèi)兩處螺旋面的起點為108°30′和259°11′。利用電火花加工，效率慢、制造周期長、制作成本高，不能滿足零件設(shè)計精度要求。利用三面刃銑刀銑削螺旋面，刀具與螺旋面產(chǎn)生干涉，加工出的螺旋面不完整。利用數(shù)控車床車螺旋面，因為車削是工件旋轉(zhuǎn)加工，刀具切削加工時，旋轉(zhuǎn)整圈造成下一個螺旋面切掉，無法實現(xiàn)加工。因此采用常規(guī)加工方法無法實現(xiàn)加工要求。

試用“劃削”加工方法，將刀片角度為35°、刀桿為Φ20 的圓刀桿硬質(zhì)合金車刀安裝在BT50 銑刀柄上，利用主軸定位角度和工作臺C 軸轉(zhuǎn)動，手工編制X、Y、Z、C 四軸聯(lián)動加工宏程序，將主軸定向在每處螺旋面的起點位置，角度與圖示位置相符。加工過程中刀具不能旋轉(zhuǎn)，機床工作臺（或轉(zhuǎn)臺）C 軸轉(zhuǎn)動，加工刀具的刀尖跟隨所加工內(nèi)孔螺旋面進行“劃削”插補加工。每次進刀量為0.1 mm（半徑方向），按圖2所示螺旋面長度旋轉(zhuǎn)工作臺或轉(zhuǎn)臺即可完成一次切削。

圖2 該零件加工螺旋面部分二維圖

2 零件螺旋部分的計算方法及程序設(shè)計

在該零件螺旋部分加工前，需根據(jù)產(chǎn)品圖樣，對零件螺旋部分進行大量計算及程序設(shè)計。為了方便找正，將零件放在工作臺上任意位置，以零件中心孔為基準，計算加工各孔的的中心位置。

1）計算零件在工作臺上的具體位置。利用機床回轉(zhuǎn)中心坐標和零件每個孔的中心坐標值，對零件中心孔在機床上的具體位置進行計算。

2）參數(shù)的建立與計算。零件隨著回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動，相應(yīng)地每轉(zhuǎn)過一個角度，X、Y、Z 的值也隨著變化。圖2-2 中螺旋面的起點在與水平呈108°30′、259°11′的夾角上，即C 軸從圖示位置負10°起，按螺旋角和導(dǎo)程計算完成一次“劃削”需要旋轉(zhuǎn)的角度為120°。引入一個新的角度變量R10=0，R10每增加1°，分別用變量R3（X 與回轉(zhuǎn)中心之差）、R4（Y與回轉(zhuǎn)中心之差）計算出X、Y、Z 的移動值R24、R25、R26，R24=R3*cosR10-R4*sinR10、R25=R3*sinR10+R4*cosR10、R26=R10*6.802/360。相應(yīng)地賦予R10（根據(jù)下刀位置可以調(diào)整），角度增加驅(qū)使程序固定循環(huán)，直到R10為110°時，循環(huán)終止，完成一次切削。引入另外一個變量R9（X 方向每次切深），當R9每完成一次循環(huán)，R9增加0.1 mm，直至R9=5.4 mm（該值根據(jù)零件半徑切深而定），所有循環(huán)終止[1]。用相同的原理依次加工每處螺旋面即可。

所編程序如下所示：

3 結(jié)語

通過非等分多頭小螺距內(nèi)螺旋面零件的加工實踐，摸索出了此類零件合理的加工方法，積累了加工制造經(jīng)驗，提升了工廠加工工藝技術(shù)水平和能力，特別是多頭小螺距內(nèi)螺旋曲面的加工，是關(guān)鍵和創(chuàng)新技術(shù)，填補了工廠此類零件加工工藝的空白領(lǐng)域，具有廣泛的推廣前景，為工廠今后加工同類或類似產(chǎn)品奠定了扎實基礎(chǔ)。