摘要：本文以变速器端盖为加工对象，以CATIA软件为平台，介绍了复杂型腔类零件的三维数控编程工艺规划、刀具路径选择、加工仿真及实物加工的全过程。
关键词：复杂型腔；三维数控编程；刀具路径模拟；加工仿真
1、引言
随着现代机械工业发展，计算机辅助制造（CAM）已显示出巨大的潜力，并广泛应用于产品设计和机械制造,其中数控铣削是具有复杂型腔类零件的主要加工方法。对于简单的型腔类零件，通常采用手工编程的方法，但对于具有复杂型腔类零件，往往都具有比较复杂的型面，要加工这样的型面手工编程是难以完成，因此需要借助于CAM软件编制加工程序，如CATIA、Pro/ENGINEER或masterCAM等
本文以变速器端盖为加工对象，利用CATIA软件进行三维建模及数控加工编程，对其编程加工技术、技巧进行归纳总结。
2、任务来源：公司某产品---变速器盖的加工
产品外形尺寸：90×320×500mm
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图2变速器盖三维模型外侧图
3、数控加工工艺规划及实施。
如上图所示，变速器盖属于典型的型腔类零件，该零件内腔、外型比较复杂，又由于该工件毛坯为铝板，加工余量大，若在装夹方式、加工先后顺序时未考虑周全，容易使零件变形，影响后续加工，严重时可能使产品报废。我们在分析时，严格按照先粗后精加工原则进行，最终确定了加工流程。流程：铝板-正面轮廓粗、精加工-正面大端面加工-型腔、凸台及孔的粗精加工-工件翻面装夹-背面大端面加工-背面轮廓粗、精加工-凸台、倒角及孔的粗精加工
为了能够获得较好的表面质量，需要选择合适的刀具加工，根据模型分析，得到以下刀具使用清单：φ63棒铣刀，φ16R0立铣刀，φ52R8面铣刀，Φ6R3球头刀，Φ12R6球头刀，Φ6R0立铣刀，Φ10R1立铣刀。
3.1装夹与定位
由于变速器盖六面均需加工，因此在加工过程中装夹位置必须调整一次才能保证正面及周边能够完全加工到。因此在加工过程中必须确保工件搭压牢固，所以我们选择先搭压周边四角，加工完轮廓后再调整搭压工件周边的装夹方式。
变速器盖在正面加工完后翻面加工背面时，基准要与正面基准统一起来，确保工件形位公差准确。我们选择了变速器盖上的孔系将正背面的基准统一起来。
3.2数控编程
3.2.1变速器盖正面加工
a正面轮廓加工
由于在铝板上加工出变速器外形轮廓，需要将外形大部分余量去除后在用符合小圆角R8的刀完成轮廓精加工。本次使用刀具φ63棒铣刀进行粗加工和φ16R0立铣刀进行精加工。
b正面端面加工
为了满足端面粗糙度要求，需要加工，根据实际情况，选择了φ52R8面铣刀进行加工，效率高。
c正面侧腔、台阶及孔系加工
根据变速器盖正面侧包含型腔、台阶、锥面及孔系的分布，同时考虑到刀具换刀较为繁琐，我们统一了刀具，对型腔型腔、台阶、锥面及孔系利用Φ16R0立铣刀进行粗加工。加工内容包括两型腔、锥台Φ75/Φ87、锥面Φ131/Φ104、Φ62孔、Φ84孔、3-Φ51孔、Φ90孔。
d正面侧锥面精加工
锥面采用Φ16R0直角立铣刀加工后，会留下较深的台阶刀痕，必须采用球头到对锥面进行加工。为了在底部留下少量的清根余量，本次采用Φ6R3球头刀。e正面清根加工
在各凸台、锥面根部存在倒角，需要进行清根加工才能达到图纸要求，对于不同的倒角型式，应该选择不同的刀具加工。圆角R6倒角，选择Φ12R6球头刀进行加工，圆角为R1倒角，选择Φ10R1立铣刀进行加工。
3.2.2变速器盖背面加工
a背面大端面加工
变速器盖背面大端面加工余量大，区域范围大，采用φ52R8面铣刀进行加工，保证加工效率。
b背面凸台加工
变速器盖背面大面加工完毕后，凸台区域需要进行粗精加工，考虑到圆凸台与燕尾凸台之间的角度，采用Φ16R0立铣刀进行加工。
c背面轮廓加工
背面侧大部分以加工到位，将装夹方式从搭压周边调整到搭压各孔，保证周边轮廓能够加工。根据各边之间的圆角，选择了Φ16R0立铣刀进行加工。
d圆角倒角、清根加工
对于凹圆角R3采用Φ6R3球头铣刀直接清根加工完成，对于凸圆角R10、R8及R2采用Φ10R1立铣刀进行加工。
3.3加工参数设置
根据加工部位，选择不同的加工策略。对于φ63棒铣刀，主要用于加工轮廓及边，转速在400-600r/min，进给F控制在100-150mm/min；φ52R8面铣刀转速在1000-1200r/min，进给F控制在1000-1500mm/min。针对圆形类的型腔，采用从中心往周边螺旋走刀，再逐层下降加工；对于矩形类型腔，采用“之”形走刀，再逐层下降加工。
3.4加工仿真
针对每一个部位编程完毕后，均需要仿真加工，检查加工质量、刀具进退刀是否有撞击现象、是否过切、余量情况等，便于调整及了解后续是否再针对该部位进行再次加工。
3.5程序后置处理
完成编程后，必须将刀轨通过CATIA软件加工模块导出，并经过适当的处理使程序能够适应机床及其控制系统。
3.6变速器盖加工
根据流程及加工部位，对变速器盖加工编写了详细的加工说明。其中包括对刀、程序编号、加工部位，刀具等信息。变速器盖按以上加工流程完成了加工，经检测该零件各尺寸均达到设计要求，外观质量很好。
4、结束语
本文以变速器端盖为例，主要介绍了复杂型腔类零件的三维数控编程、刀具路径模拟及加工仿真的过程。作为单件类型产品，效率稍低，但未投入模具及专用工装，大大节省了加工成本。本次加工采用数控加工中心完成，2件变速器端盖最终质量稳定，一致性很好，但该变速器端盖正背面加工时在没有专用工装的情况下基准统一是关键，本文提出经验就是通过孔系来定位，确保了加工质量，值得参考。
参考文献
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论文作者:何继勇,张文斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/20
标签：加工论文; 变速器论文; 刀具论文; 锥面论文; 背面论文; 铣刀论文; 数控论文; 《基层建设》2019年第31期论文;