复杂椭球部件的数控车削加工工艺研究

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随着现代制造技术的不断发展，机械产品的零部件 日趋精密、复杂，如何保证产品的加工质量，提高生产率，降低废品率，实现零部件预期的功能-直是加工业追求的 目标。文章以-具体的复杂椭球部件为例 ，通过合理安排各零件的加工工 艺顺序、选择合适的刀具和切削用量以及设计恰当的工装夹具解决了复杂椭球部件的加工工艺性差、难装夹问题。

l 复杂椭球部件的加工特点分析如图 1所示，该椭球部件由七个零件组成 ，材料为铝合金，要求全部在数控车床上完成。由图可 以看出该部件形状较 为复杂 ，其中 1、2件 内外表面均是椭圆轮廓面，且为带螺纹的薄壁件；件 4、5外表面为椭圆轮廓面，内轮廓为球面；件 3为带椭圆外轮廓面及内螺纹的薄壁件；件 6为球体。其单件零件工程图见图 2所示。

其加工难点主要有以下几点：①如何保证各零件的同轴度，这是各零件能够进行正确装配的关键；②加工中零件的装卡定位问题，该部件中大部分零件无法采用常规装卡定位方法，需设计专用夹具；③薄壁件的加工变形及切削振动控制问题。

长 日l8.5 /- ～ / - c[ - 生轴22.5 3图 1 椭球部件装配图(- )件1、2材料：铝合金 毛坯：#50X35件数：-件(二)件3收稿 日期：2012-08-06；修回日期：2012-10-12作者简介：宋理敏(1975-)，女，山西沁水人，山西机电职业技术学院讲师，硕士研究生，现从事数控技术方面的教学研究，(E-mail)slmqh###yahoo.corn.cn。

2013年 4月 宋理敏 ，等：复杂椭球部件 的数控车削加工工 艺研究 ·133·材材料：铝合金 材料：铝合金 l(三 )件4、5 (四)件6 (五)件7图 2 单个零件工程图2 零部件的数控车削加工工艺研究(1)机床选择该零件为单件小批量生产 ，综合考虑零件 的形状 、材料及加工精度 等要求 ，采用 HTC2050 FANUC0i mate.MD数控车床。

(2)专用工装夹具的设计为顺利实现 各零 件 的加工 ，达 到 图纸 的要 求。

加工件 3时，先加工左端内螺纹，然后通过主夹具利用螺旋夹紧的方式再加工右端内螺纹，这样就保证了件 3左右内螺纹的同轴度。其装夹方式见图 3c。

材料：铝合金 毛坯： 50X50(a)主夹具主夹具 件3(13)加工件3右端螺纹装卡图主夹具 件3(b)副夹具主夹具 /：t-4辅助夹具(d)加工件4和5内球面装卡图件2(e)加工件2和3外椭圆面装卡图图 3 专用工装夹具加工件 4、5时 ，先 加外轮廓 ，然后 利用主、副夹具，采用轴向夹紧的方式加工内轮廓，这样不仅解决了难装夹问题，还保证了件 4与件 5内轮廓的同轴度。其装夹方式见图 3d。

加工件 1、2时，先加工 内轮廓 ，然后利用 主夹具采用螺旋夹紧的方式，并以其它已加工好的零件作结构支撑来 同时对件 1(或 2)、3外轮廓进行 加工。

其装夹方式见图 3e。这样不仅解决薄壁件的加工变形及切削振动控制 问题 ，而且保证 了件 1、2、3外轮廓接合面的光滑连贯。

(3)零件加工工艺顺序安排 刮零件的加工顺序直接影响到零件 的加 工质量 、生产率和加工成本，所以合理确定零件的加工顺序至关重要。

①加工件 6和件 7，二者均采用-次装夹完成加工 ：②三爪夹持工件，粗、精加工件3左端 M41X1内螺纹及 西39.6内孔 ；③三爪夹持件 1、2外圆，粗 、精加工 内椭 圆轮廓面、M41X1外螺纹及定位圆柱面 ；④三爪夹持件4、5，粗、精加工外椭圆轮廓面，切断保证长度尺寸；⑤加工夹具，先加工副夹具，再加工主夹具；⑥主夹具加工后不从卡盘上拆下，直接将件 3通过左端内螺纹螺旋夹紧 ，加工右端 面及右端 的内螺纹 M41X1；⑦件 3内螺纹加工好后，主夹具保持不动，将件3拆下来后直接将 4或 5左端通过椭 圆轮廓面的配合 ，右端通过副夹具轴 向夹紧，加工件 4或 5的 内球面及 5内孔 ；⑧加工件 1、2、3的椭圆外轮廓面。旋入已加工好的零件作结构支撑，加工件2和件3右半部分的外椭圆轮廓面 ，为消除接刀痕 ，刀具要 向件 3的左半部分多走-段。加工后依次拆下件 2、3，将件 3掉头装卡在主夹具上 ，再将件 1螺旋夹紧 ，然后加工件 1和件 3左半部分的外椭圆轮廓面。为防止螺旋夹紧方式加工后螺纹受切削力影响不 易拆卸 ，应在粗加工后拆卸零件 ，做 清理与涂油处理后再装卡进行精加工 。

(4)选择合适的刀具及切削用量参数选择合适的刀具(包括刀具的材料、几何形状、刀尖角的大小)及采用合理的切削用量参数，不仅可以提高零件的加工精度和表面质量，还可有效地减型控制薄壁件的加工变形。具体选择见表 1和表2所示。

通过采用 以上的数控 车削加工工艺方案 ，加工后零部件实物见图4所示。零件尺寸精度、表面质量、装配情况满足了图纸的要求 。

· 134· 组合机床与 自动化加工技术 第 4期表 1 数控加 工刀具零件 刀具号 刀具名称及规格 加工表面 备注右偏 外 圆 车 刀 ，主 偏 角 YD101硬1 右半球 面 83。刀尖圆浑径 R0.4 质合金件 6 槽 刀 ，刀宽 3mm，右刀 角 YD101硬Il02 左半球 面 R0.2 质合金T03 5钻头 钻 西5孔粗、精车 外 YD101硬1 右偏外 圆车刀 圆 质合金件 7YD101硬TD2 切断刀 切断工件 质合金粗、精车 内 YD101硬 TO1 刀杆为 412的球头铣刀 椭圆球面 质合金YD101硬 件1、2 TD2 右偏外 圆车刀 圆柱定位 面 质合金60。外螺纹车刀 YD101硬m3 车外螺纹 (P1mm) 质合金T01 35钻头 打底孔TO2 刀杆为 西20的内孔刀 车内 L YD101硬件3 质合金60。内螺纹车刀 YD1O1硬 TO3 车内螺纹 (P1mm) 质合金右偏 外 圆 车 刀，主 偏 角 粗、精 车 外 YD101硬T0183。刀尖圆浑径 R0.4 椭 圆轮廓 面 质合金TO2 切 断刀 切 断 YD101硬件4、5 质合金TO3 (b5钻头 钻孔粗、精车 内 YD101硬 TO4 刀杆为 西12的球头铣刀 球面 质合金主夹具 刀具的选择同件 1、2的加工副夹具 刀具的选择同件 3的加-[表 2 切削 参数进给速度 背吃刀量 加工部位 主轴转速S 冷却F(mm) 口(miF1)粗车外轮廓 800-1000r/min 0.25 0.8 开精车外轮廓 1 1OO～1200r/min O.O8 0.1 开粗车内轮廓 500-600r/min 0 15 O.8 开精车内轮廓 ll00～1500r/rain 0.O6 0 l 开切槽 600～800r/rain 0.1 开车螺纹 600 800r/rain 开(a)零件图 (h)半装配图(c1装配图图 4 椭球零部件实物 图3 结束语通过对此复杂椭球部件进行加工特点分析 ，从刀具、工装夹具 、切削用量参数及加工过程控制等多方面采取措施 ，制定 了切实可行的数控车削加 工工艺方案。保证了零件的加工质量、加工效率，实现了复杂椭球部件预期的装配功能，也为同类零件的加工提供了参考的依据。