教学中扇叶形配合零件加工及难点应对方法

范承国

摘 要 本文主要叙述零件的加工。主要突出零件加工步骤、工艺划分、轮廓加工、型槽加工、孔加工和曲面加工，加工难加工部位时的解决办法。合理选择定位装夹、切削速度、进给量、刀具及软件的应用。

关键词 配合精度 曲面加工 R倒角 过切

中图分类号：G421 文献标识码：A

数控技术给制造行业带来了跨时代的改变，随着数控技术不断发展不断扩大，它对于我国一些重要的行业发展起到了重要的作用。这些行业要装备数字化设备已经是现代发展的重大趋势。在加工该零件时进行图纸分析、工艺分析、合理安排切削用量等内容。

该零件是配合件，图纸加工内容主要包括内外轮廓加工、型槽加工、孔加工、配合精度等内容。

零件图纸：（见图1、图2）

1零件分析

工件毛坯尺寸为132？32？2，材料是45#钢，工件最终加工尺寸为130？30？0，毛胚单边有1余量。

配合件：零件一加工部位包括四角长卓韤咨畎继庸こぃ瑎卓韤赘叽耐饴掷庸ぃ魈宀糠值？个（R74識52識55）深扇叶形型腔加工（倒角R6.5）、4个 10H7的通孔加工、中心 45H7曲面加工，其几何形状属于平面图形，零件主体形状是正方形。

零件二加工部位包括四角长讇椎耐固庸ぃ魈宀糠殖卓韤咨畲哪诼掷庸ぁ？个 10H7个通孔加工、加工均布的5个（R74識52識55）高扇形轮廓（倒角R60.5）。中心 20通孔和半圆球 45H6赘咔婕庸ぃ浼负涡巫词瞧矫嫱迹渲魈逍巫词钦叫巍？

两件有配合关系，零件中由五种几何形状组成，它分别在不同的层面上，如四角31？2.5的不封闭的槽，中心 45半圆球，还有匀部的扇叶形，正方形120？20識65倒角轮廓。配合要求有未注圆角R0.5、圆倒角处粗糙度Ra3.2微米、未注公差IT13、表面不得磕碰划伤。工件形状大部分是由圆形、曲线、直线组成。几何形状之间间距比较小，总体来看，此工件加工量大，编程工作量大，配合精度较高。

2工艺分析

数控加工中心加工中，工艺分析是编程前重要的工艺准备工作之一。根据图纸，工艺分析时选择数控加工部位的工序内容，工艺性分析，工艺路线的确定。

零件材料为45#钢，45#钢为优质碳素结构钢 ，硬度不高，易切削加工。所以采用硬质合金刀具加工此工件。在装夹方面，使用精密平口虎钳装夹，一次装夹尽量完成多个工序。平口虎钳主要目的是靠两个工作面来保持工件的平行度，垂直度等形位公差，从而在快速装夹的过程中保证了零件的加工精度。

2.1零件几何特点

零件是型芯型腔配合件，其加工部位由通孔、型腔、內外轮廓、凹槽、曲面、开口槽、R倒角组成，特别注意特征高度的控制，否则无法形成碰穿面。零件外形轮廓为正方形。

2.2工艺要点

图中技术要求共有3处。一是未注圆角R0.5。二圆倒角处粗糙度Ra3.2微米，三未注公差按IT13标准执行；四表面不得磕碰划伤。

2.2.1对图纸基准的理解

图中标注的0.05平行度，必须对这个技术要求有充分的认识保证这个基准。因为其既表明了设计基准，也明确了配合要求。

2.2.2确定装夹方案和选择夹具

该零件是四边形，加工面与不加工面之间的位置精度不高，故选用通用台钳，以零件两个上下两面定位，用虎钳钳口从上下两侧面加紧。

2.3选择加工方法

（1）加工方法一：在加工中心上，用平口虎钳进行装夹，先加工零件一在加工零件二，加工件周边外轮廓，在加工零件工件内轮廓和孔类，最后加工曲面。采用此加工的零件轮廓精度比较理想。

（2）加工方法二：在加工中心上，使用数控回转工作台。将数控回转工作台垂直固定在铣床工作台上，使数控回转工作台的旋转中心轴线与铣床 Z向直线轴运动方向平行，在数控回转工作台上装夹型腔零件，并使得零件的中心轴线与数控回转工作台的旋转中心轴线重合。

表面加工方法，因其表面粗糙度Ra3.2微米，故采用粗铣--精铣方案： 10H7孔为达到IT13级精度和粗糙度Ra3.2微米的表面，为先采用钻头钻孔，然后用铰刀进行铰孔。即按钻中心孔-钻通孔-铰孔。

2.4确定工艺基准

从图样上分析主要结构为四边形。适合采用平口虎钳装夹。为保证四周相互垂直，在加工前要对平口虎钳进行找正。保证工件一和工件二的平行度，必须要对平口虎钳导轨以及精密垫铁进行调整。以下表面为基准保证中心孔的垂直度和两面的平行度。

3加工难点

（1）在加工过程中采用等切厚切削。一次走刀过程中径向切深是不变。在高速径向切削R圆角时，可以发现过切的现象由为显著。通过图上可以看出走刀到R圆角处切削力有显著的突变（如：图3）。

在等切厚铣削时，当刀具由直线走刀过渡到圆弧走刀的时候，切入角会增大。刀具由直线走刀过渡到圆弧走刀的时候，由于切入角的增大而使刀具与工件的接触面积增加， 从而引起切削力的突然增大并容易产生振动。切削力突变造成刀具和工件的加工变形增大，零件的尺寸误差加大，而切削振颤则会在圆角处产生振纹，影响零件的加工质量。

（2）扇形型芯型腔需注塑出满足动平衡的塑料扇形制品。

（3）加工上下表面时出现的平行度超差。经过反复观察测量发现问题如下：在备料过程中没有用检测仪器检测面的公差，导致加工完工件后上下表面出现平行度超差；在装夹工件时由于夹紧力过大导致工件变形，拆卸工件后平行度超差；在用普通垫铁装夹砸实工件时，由于垫铁上下表面平行度不高导致工件倾斜，加工完平行度超差；在加工工件过程中，由于加工参数设定不当导致加工过程中工件出现震动，加工后测量平行度超差。

4解决办法

问题（1）解决办法：

在切削圆弧的走刀多成中，保持刀具的切入角的走刀路线，减小刀具在圆角处的的径向切厚，可以避免切削力的突变。可以保持稳定的切削，减小因切削力突变而引起加工变形和切削震动，提高了加工质量。

在加工过程中，我还发现，逆铣时切屑厚度是由薄到厚，由于刀刃刃口刚接触工件时，后刀面与工件之间的摩擦较大，易于引起振动，拐角处会出现严重的斜向振纹。顺铣则刚好相反，虽然顺铣的切削力稍大于逆铣时的切削力，但是在切削拐角处时，不会产生明显的振纹。不过顺铣的切屑是由厚到薄，对工件和刀具的冲击力较大，在加工时尽可能减少刀具的悬伸长度和增加工件的刚性。

问题（2）解决办法：

为了保证扇形型芯型腔注塑出，满足动平衡的塑料扇形制品，在加工扇形型芯型腔时应使用旋转工作台来进行加工，使得每一扇叶都是在机床同一个位置被加工，这样可以避免因为机床导轨误差影响每个扇叶大小的不一致；在加工方式上应采用每个扇叶层优先走刀方式，而不采用区域优先走刀方式，以此来避免因为刀具磨损影响每个扇叶大小的不一致；同时四边的定位边锁块加工时，也应该采用以上加工方式，保证高的定位精度，来避免因为定位精度影响每个扇叶大小的不一致。

问题（3）解决办法：

针对表面平行度超差问题，反復实验下，在备料时用检测仪器测量各表面之间的公差；在装夹工件时夹紧力调整到适当；采用上下表面平行度高的精密垫铁装夹砸实工件；设定加工参数时按照公式计算给予适当的参数，尽量减小切屑力。通过以上解决方法解决上下表面平行度超差问题。

5结束语

我国的数控技术发展迅猛，让制造业迎来了跨时代的发展，在数控技术日新月异的今天，它对于我国一些重要的行业发展起到了重要的作用，这些行业要装备数字化设备已经是现代发展的重大趋势。在加工该零件时进行图纸分析、工艺分析、合理安排切削用量等内容，通过了解数控的加工和工艺过程，熟悉数控机床工作原理和典型结构、工夹量具的使用以及安全操作技术。了解数控在机械制造中的应用，在了解、熟悉和掌握一定的数控基础知识和操作技能过程中，培养、提高和加强数控实践能力。

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