伸縮式鞋跟模型設計與加工

何文玲

（廣州市公用事業技師學院，廣東 廣州 510000）

為了滿足多種產品加工，小批量的自動化，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適用產品頻繁變化的機床——數控機床，而數控銑床為單件、小批量高精密復雜零件提供了自動化的加工手段。

作為一種由新興產業模式催生的新型控制技術，數控加工技術由于其本身具有自動化、精確化和數字化的特征，因此目前已經得到了普通應用。數控機床適用于不同品種及尺寸規格零件自動生產，可利用數控機床加工出設計好的產品模型，供企業作實物樣板參考。我國數控技術正隨著經濟的發展逐漸進步，因此數控機床也逐漸得到了廣泛關注。而數控機床的發展也成為當前機械制造業得以持續進步和創新的必經之路，所以需要對其技術進行不斷革新，為實現數控的自動化發展奠定良好的技術基礎。

1 產品的設計背景

學校提出與企業合作，嘗試產教結合的教學模式。企業希望能設計出一款可伸縮式的高跟鞋，并在開模加工前能提交加工好的設計樣板。這款高跟鞋能實現高跟與平跟相互切換，既能在重要場合滿足高挑身材的需求，又能在平時保證安全性與舒適性，但是要實現鞋跟的可伸縮性，鞋跟的高度要符合人體的舒適度，卡扣的設計必須要穩定。針對這一問題，筆者和數控車間、模具設計的主要負責老師進行研究，根據數控機床加工精度穩定，適合加工多工序部件，工序管理、刀具管理等工作標準化的特點，本次加工將利用數控機床等設備加工出設計樣板的模型。下面針對這款鞋跟設計的進展及加工進行探討。

2 產品基本結構的確定

伸縮式高跟鞋鞋跟主要由一級鞋跟、二級鞋跟、釋放開關、主彈簧、卡位彈珠、彈珠蓋板、鞋跟蓋板和二級彈簧組成，如圖1 所示。

圖1 鞋跟的組成

本設計主要是將高跟鞋與平跟鞋的優點綜合在一起，在不同的場合，使用不同的模式。如需高跟模式，只需按壓鞋跟上設置的一級鞋跟釋放按鈕，隱藏在平跟鞋鞋跟里的二級鞋跟會自動彈出，同時一級鞋跟上有卡位彈珠固定二級鞋縱向位置；如需平跟模式，也只需扳動釋放開關，利用身體的重力向鞋跟方向踩壓，二級鞋跟就可以縮回隱藏。充分考慮到鞋跟太重帶給女性的困擾，所以在設計之初采用極簡的彈力機構，既安全舒適又輕松便捷。

3 產品的設計與加工方案確定

3.1 一級鞋跟的加工

一級鞋跟采用方形粗跟，這樣鞋跟的平穩度比較高，由于鞋跟的坡度在15°～35°的范圍，鞋跟才能穩定，同時不會覺得擠腳。而腳后跟到腳掌的距離在70～90 mm，初定鞋跟中心到腳掌的距離為73.5 mm，鞋跟高度的變化可在19.52～52.4 mm 范圍，本產品的設計符合高度要求。

如圖2 所示，一級鞋跟既要滿足于二級鞋跟的嵌套配合，又必須滿足一級和二級鞋跟的伸縮性的要求，即釋放開關和卡位彈珠的相互配合，所以在加工時釋放開關的配合加工精度要求比較高。由于產品還未大規模生產，不能像真正的產品一樣開模生產，故暫時利用鋁作原材料，試加工一件鞋跟模型。

圖2 一級鞋跟零件圖

一級鞋跟的加工步驟：

使用120 mm×40 mm×40 mm 的毛坯材料，使用機床的平口鉗裝夾。其加工過程分以下幾個工序完成。

工序1：銑削鞋跟底面，具體加工步驟如下。

（1）用φ12 的平刀銑鞋跟外形銑，粗加工，刀長75 mm。

（2）繼續用φ12 的平刀銑對鞋底平面，粗加工。

（3）用φ16R8 的球刀的平刀銑鞋底側面和平面，精加工。

（4）繼續用φ16R8 刀銑鞋跟底面，精加工。

進行該零件的加工過程中，首先要對零件進行粗加工，其具體的尺寸需要大于零件的最終尺寸。對零件進行半精加工，這主要是為了使粗加工后的殘余材料被去除。在進行精加工切削的過程中，選擇半徑16 mm 的球刀以較高的速度切割，保障零件表面的粗糙程度。

加工鞋跟底面的加工工藝的主要參數見表1。

表1 鞋跟底面加工工藝參數表

工序2：銑削鞋底表面和二級鞋跟配合孔，把工件調轉另一面裝夾，利用百分表找正，具體加工步驟如下。

（1）用D8 的平刀銑鞋面頂部跟外形，粗加工，刀長75 mm。

（2）用D8 的平刀銑鞋的配合孔，粗加工。

（3）用D8 的平刀銑鞋的配合孔，精加工。

（4）用D8 的平刀銑鞋面外輪廓，精加工。

（5）用φ16R8 的球刀銑鞋面，精加工，刀長75 mm。

進行鞋跟的配合孔加工時，若加工條件允許，則需要盡量采取分層加工的辦法，避免加工的刀具對零件產生影響。加工過程中，使用轉速較高的主軸可以減少顫振發生，調節不同的刀具可以延伸刀具長度，避開切削的振動頻率，最終提高零部件表面加工的品質。

加工鞋底表面和二級鞋跟配合孔的加工工藝的主要參數見表2。

表2 鞋底表面和二級鞋跟配合孔加工工藝參數表

工序3：線切割機床加工釋放開關配合槽。

釋放開關配合槽由于寬度為8 mm，又有圓弧倒角，故采用線切割的方式加工。在線切割機床上把工件定位、利用百分表調整工件，水平裝夾好，再穿絲，從配合孔中間穿過，對刀加工。

工序4：釋放開關卡槽的配合孔加工。

釋放開關卡槽的配合孔是6 mm×7 mm 的方孔，可采用臺鉆進行加工，在臺鉆上把工件裝夾完成后，用φ4.8 的鉆頭鉆出尺寸接近的孔，再采用線切割的加工方式把余量加工完成。線切割加工過程中注意定位和百分表找正，保證加工精度。

3.2 二級鞋跟的加工

二級鞋跟因主要考慮與一級鞋跟的配合，所以正方形鞋跟配合部分的配合尺寸已經調小0.1 mm，分別是33.9 mm 和34.9 mm，如圖3 所示。

圖3 二級鞋跟零件圖

二級鞋跟的加工步驟：

考慮到減少換面加工和裝夾的難度，使用38 mm×38 mm×43 mm 的毛坯材料，正確安裝在平口鉗上。其加工過程如下。

（1）用φ12 平刀的銑鞋板外形，粗加工，刀長75 mm。

（2）用φ12 平刀的銑鞋板外形，精加工。

（3）用φ12 平刀的銑鞋跟空心孔，粗加工。

（4）用φ12 平刀的銑鞋跟空心孔，精加工。

（5）反面裝夾，利用百分表找正，測量鞋跟高度余量，用φ12 平刀銑鞋跟另外一面，直至高度達到圖紙所設置的尺寸。

（6）換面裝夾，用φ4R2 的球刀銑鞋跟兩側面的彈珠配合槽，精加工，刀長75 mm。

3.3 其他零部件加工

其他主要零件有彈珠蓋板、釋放開關和鞋跟蓋板，它們都是采用數控銑削的加工方式。由于這3 個零件在尺寸方面的要求并不高，采用的加工方法都是數控銑削，在這就不一一展開敘述，零件圖如圖4-圖6所示。

圖4 彈珠蓋板零件圖

圖5 釋放開關零件圖

圖6 鞋跟蓋板零件圖

輔助零件有彈簧和彈珠，卡位彈珠的直徑是5 mm，彈簧用圓柱形壓縮彈簧，均采用標準件，不需加工。

3.4 產品的檢驗與調試

該產品經過反復多次的釋放鞋跟、承重和回收鞋跟的試驗，不管是高跟還是低跟模式，鞋子一樣平穩。鞋跟兩種模式切換方便快捷，平時不用二級鞋跟時，處于隱藏狀態，美觀大方；采用最優結構，輕量的設計理念，基本與普通鞋跟重量一致；機構簡單，制作方便，成本低廉，易于推廣。

經實驗，產品因需要保持鞋跟的坡度在15°-35°的范圍，才能保持舒適度，所以鞋跟的伸縮范圍相對比較有限，如需調節更高的高度，須進一步改良。

3.5 改進措施

為了保證鞋跟的輕量化要求，可在橡膠鞋內置金屬框架，質量輕，強度大的304 不銹鋼為上選，這樣既可保持質量輕便，又保證鞋跟使用的耐久性。由于鞋跟的長度不同，而造成腳掌傾斜角度須調整的問題，二級鞋跟的伸長量不會太長，所以對角度的影響不大，為完全消除影響，可使用前后鞋底用軟膠連接。

4 結束語

在進行鞋跟模型的銑削加工過程中，需要在前期對工件進行加工工藝的優化，同時對加工的品質進行分析。為了使加工過程更加平穩、加工品質更高，需要根據加工的工藝路線改進其工藝流程，使走刀的策略及加工的工序得到進一步優化，從而提高加工工藝系統的剛度，保障加工零件的質量。本次加工不僅使用到數控銑加工，還結合了線切割，釋放開關卡槽的配合方孔的精度需要保障，否則會影響伸縮鞋跟的穩定性。

數控加工技術的發展，讓實際生產不再局限于單工序加工，復雜繁瑣的工件也可靈活加工。實踐證明，只有不斷總結經驗，認真收集設計資料，發揮團隊精神，掌握設計原則，才能合理擬出產品的結構方案，正確地制定制造工藝和裝配工藝。本論文將數控銑削等知識整體運用在具體設計實踐中，具有一定的創新性。