复杂型面零件的数控铣削加工工艺编制

唐建文

（广东技术师范学院 机电学院，广州 510635）

0 引言

在数控加工技术广泛应用的今天，数控机床、数控加工工艺和数控加工编程三者相互影响。好的数控机床硬件设备，也要有好的软件——数控加工工艺和数控加工程序相配合，才能使加工技术更上一层楼。现在功能强大CAD/CAM软件的普遍应用，基本上都采用自动编程，而数控加工工艺的分析设计却需要经验丰富的技术人员，且数控加工工艺的分析与处理是数控加工编程的前提和依据，因此数控加工工艺的重要性被提到了更高的地位。

本文以数控铣削加工具有复杂型面零件为例，说明数控加工工艺的分析设计过程。

1 复杂型面零件工艺分析

首先，加工零件是先从图纸入手的，根据零件的二维图，要对零件进行零件图样分析（尺寸精度分析、形位精度分析），零件结构分析、零件毛坯尺寸工艺分析。

图1所示零件是具有二维平面及三维曲面的复杂型面零件，主要加工的是四个部分：6个均布的Φ8孔，挖槽和外形加工，三维曲面加工和小凸缘加工。零件有一定的尺寸精度要求，基本上都在±0.02范围内，形位精度有顶面与底面的平行度要求，侧面与底面的垂直度要求。零件图纸中的尺寸公差采用了对称公差带形式，方便了数控加工，因此可采用数控铣床加工达到其技术要求。

零件属于小批量生产，夹具采用通用夹具——虎钳夹持零件，在一次装夹中完成全部的粗、精加工，减少装夹次数和定位误差。

零件毛坯采用铸铝件，考虑铸件有较大的变形量，且毛坯在采用数控铣削加工时定位和夹紧的可靠和方便，应留有较充分的余量，因此毛坯尺寸为120x30x80（mm），采用MasterCAM9.0进行三维造型如图2所示，在MasterCAM9.0进行刀具路径设计。

图1 零件三视图

图2 零件Pro/E建模立体图

2 零件的主要结构部分加工方法的分析

6个Φ8孔尺寸精度不高，表面粗糙度Ra3.2µm，加工方法采用钻孔可达到要求；

在数控铣削平面、挖槽加工中，主要采用端铣刀和立铣刀，粗铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可达IT11~IT13，Ra6.3~Ra25µm；精铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可达IT8~IT10，Ra1.6~Ra6.3µm；粗糙度要求较高时精加工就采用顺铣方式[1]，因此铣削平面、挖槽等分粗、精加工两个工序则可达到零件的精度要求；

Φ40±0.02的三维曲面由两个半径为R26的圆弧面相切而成，表面粗糙度为Ra1.6，曲面形状不复杂，曲率变化不大，精度要求不高、可采用球头铣刀加工；

厚度为3mm的凸缘，内侧为深度6mm直纹面，外侧为R3的连接圆弧曲面，壁厚小于3mm为薄壁加工，为减小切削拉力而出现变形的现象，粗加工时在凸缘两侧留有相同的加工余量，精加工时采用小的背吃刀量(单边0.1~0.05mm)、多刀的加工方式。

3 切削用量的选择

切削用量包括切削速度、进给量、切削深度3要素，只要增大其中之一个都可提高加工效率，合理选择切削用量，针对不同的零件形状特征型面如平面、坡面、曲面和圆面等，应采用不同的切削用量，合理的切削用量对于刀具耐用度和工件加工质量起着决定性作用。

根据实践经验所知，常规零件粗加工时，适于采用大的切削深度和低的进给速度，提高加工效率；精加工时，要获得较好的表面粗糙度和加工精度则要合理的切削速度，较小的背吃刀量和进给量，当零件表面粗糙度为Ra0.8~Ra3.2µm时，精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3~0.5mm，面铣刀背吃刀量取0.5~1mm。

4 工序设计

在数控铣床上加工零件，不同的工序需要选择不同的刀具，确定合适的加工参数和加工余量。以工序集中原则，按粗、精加工划分工序。

1）粗铣：主要是切除大量材料，选用较大的切削进给量，则切削力较大，为利于切削采用顺铣方式；粗铣时，选用直径为Φ8mm的平刀，主轴转速为n=1800r/min，进给速度400r/min，留下加工余量为0.2mm。采用二维刀具路径粗加工，面铣削毛坯的顶面和侧面，采用三维刀具路径曲面粗加工，挖槽加工外形和凸缘Φ40±0.02曲面，挖槽加工Φ75×105带有凹槽的半径为R850的圆弧曲面。

2）精铣：主要目的是铣削加工出所需要的型面，保证达到尺寸精度要求、形状位置精度和表面粗糙度要求。精铣时，选用直径为Φ6mm的球刀，主轴转速为n=1800r/min，进给速度800r/min；采用三维刀具路径精加工，平行铣削Φ40±0.02曲面，平行铣削Φ75×105带有凹槽的半径为R850的圆弧曲面，投影铣削凸缘外侧的R3圆弧曲面。

3）钻孔：最后选用直径为Φ8mm的钻头加工6个Φ8孔，主轴转速为1500 r/min，进给速度为150 r/min。

根据上述的分析和设计后，在数控铣床上加工零件，如图3示为完成加工后的零件。

图3 零件加工后的实物图

5 数控铣削加工工艺的主要内容

在数控加工中，大都是小批量或单件加工，而且零件轮廓外形复杂多样的，毛坯材料、形状大小各不相同，但数控加工工艺编制的思路基本上都是一致的：首先分析被加工件的零件图，确定加工的内容和技术要求，把尺寸公差转换成方便数控加工的对称公差，确定毛坯尺寸；然后确定零件结构的加工方案；接着进行加工工序的设计，确定加工顺序，选择合理的切削用量，设计刀具路径；最后采用CAM软件仿真加工校验，并对加工程序调整。

由于数控加工的复杂性，其工艺设计非常灵活，没有固定的模式，但只要认真总结，对常加工的结构——如平面、曲面、斜面、箱体、薄壁件等总能找出一定的加工规律，建立工艺库或模块化工艺，使数控加工工艺不断完善。

6 结束语

数控加工中的工艺设计是数控编程中重要的环节，关系到数控机床的使用效率、零件的加工质量、刀具的耐用等问题。因此数控编程人员在拟定零件数控加工工艺时，应进行充分、全面的工艺分析，灵活、合理地设计数控加工工艺。

[1]王爱玲.数控机床加工工艺[M].机械工业出版社,2006.

[2]董天毅.加工工艺对加工精度的影响[J].汽车制造业,2008,7.

[3]谭雪松,姜胜,陈霖.Mastercam数控加工实战训练[M].人民邮电出版社,2005.