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摘要：本文以花边凸台（以下简称凸台）的加工实例，从凸台的外形特点入手，分析其加工难点及用三轴、四轴加工的优缺点；在选用四轴加工基础上，分析其工艺，选用合适夹具，利用MasterCAM进行自动编程，从而找寻最优加工方式、最适刀具路径。在保证凸台的图纸要求时，又最大降低凸台的加工成本。
关键词：花边凸台；四轴加工；夹具；MasterCAM
引言：随着技术进步，现代企业既追求优质零部件，又迫切降低加工成本。这就要求产品在机械加工中，选用较合适的数控加工方法。而机械加工历经半个世纪的发展，已从传统的手工制造过渡到两轴、三轴、四轴等更为先进的数控加工方法。
一、零件特点、技术要求分析
下面用花边凸台的加工例子，来具体论述怎样根据零件图纸的特点，用四轴加工方式来选择简单、正确的装夹方法，选用合理切削参数（刀具、下刀方式，吃刀量、进给速度），从而将三维刀路转化为二维刀具，有效降低实际加工难度，缩短工时，提高生产率。
（一）零件特点：
凸台的图纸要求如图一所示。
图一
分析可知：
（1）凸台是不规则六面体，其总长、总宽、总高分别为150、100、70。
（2）A面由两个椭圆（60*40）相交成一凸台，凸台四周圆角为R5；A面上方中央被一椭圆弧（50*30）切割成曲面凹槽。横向对称轴上有孔距74，半径5，深度10的工艺孔。
（3）B面与D面成30°，B面中间被一球体（SR20）切割成曲面凹槽。
（4）C面与D面成45°，C面中间有一长方形槽（长*宽*圆角=30*20*R4）。
（5）D面为凸台底面，中间位置为一正六边形槽，圆角R5，横向对称轴上有两孔距60，半径5，深度30的对称盲孔。
（二）技术要求：
（1）A、B、C、D四面粗糙度要求Ra1.6；
（2）前后两面粗糙度Ra3.2；
（3）未注倒角为0.5*45°；
（4）未注公差按GB/T1084-2000实行；
（5）毛坯材料为铝材（ZL401），长、宽、高为150、105、71。
二、加工工艺分析
（一）工序划分
凸台的四个加工面中，加工难点依次是A、B、C、D面。因此，我们将本次加工分为两个工序进行，具体如下：第一工序：加工A、B、C三面；第二工序：加工D面。
（二）工艺选择
加工第一工序一般有以下三种方法，具体如下：第一种：先用平刀开粗，再用球刀精加工。粗、精加工都以加工曲面方式进行。第二种：借助工装夹具来加工。B、C两面分别摆成30°、45°进行二维加工。由于B、C两面的角度不一样，所以需做两个角度不同的工装，借助工装先加工一面后再加工另一面。第三种：四轴旋转加工。一次装夹加工A、B、C三面，夹具旋转角度由机床自动控制。方法一用曲面加工，避免了做工装，大大降低了工装带来的各种误差。但是该种方法有以下缺点：
1.不能采用较大的进给量，进给速度，增加机床自动时间；
2.降低了凸台的表面光洁度；
3.增加了刀具的磨损速度；
方法二借助工装来摆正加工角度，避免了曲面加工，有效缩短工时，提高了凸台的表面光洁度。但是该种方法将A、B、C面分成三个工序，形成了工序分散，因此产生了以下缺点：1）增加工装安装、校正次数，产生误差，不利于保证凸台位置精度；2）增加了工人的劳动量、工人数量，机床数量；3）增加了工人的手动时间。
方法三采用四轴旋转加工，通过机床控制系统，自动将B、C两斜面转到水平面上加工，而将三维曲面转化为二维加工；既解决了方法一用曲面加工的不足，又解决了方法二工序分散的缺点。
（三）刀具路线确定
工序一：
A面：A面花边凸台外形是由两个椭圆（60X40）相交而成，中间凹槽是由Z方向椭圆（50X30）柱切割而成。A面长边方向有两φ8工艺孔.故铣削A面采用以下刀具路径：φ30平刀二维外形粗铣A面→φ10平刀二维精铣A面→φ10平刀面铣A面花边上表面→φ16球刀平行粗铣A面凹槽→φ8平行精铣A面凹槽。
B面：斜度60°，中间有一长方形槽，长方形四周倒角R4，槽深6mm。C面：斜度45°，中间被一球体（SR20）切割而成。故铣削B、C面采用以下刀具路径：φ30平刀二维外形粗铣B、C面→φ10平刀二维精铣B、C面→φ10平刀粗铣B面长方形凹槽→φ8平刀精铣B面长方形凹槽→φ16球刀平行粗铣C面凹槽→φ8球刀平行精铣C面凹槽，粗铣B、C两倾斜面时，采用二维外形铣削。分别将凸台旋转60°和45°，保存相应刀具面，用φ30平刀分别对B面、C面粗铣，用垂直下刀方式，减少提刀次数，XY余量设为0.2，Z向余量设为0.1。最后用φ10平刀二维精铣B、C两面。
角R5，故选用φ10平刀，铣深6mm。精铣时，选用R4平刀。
粗铣C面凹槽时，由于切削量大，故应尽量选择直径较大刀具；但刀具直径越大，精铣时又不易提高其表面粗糙度，综合考虑选用φ16球刀平行粗铣C面凹槽，精加工用φ8球刀。
工序二加工D面时，需将凸台翻转180°，以A面两φ8工艺孔为定位孔，D面朝上放置在工序二翻转台上，用夹紧臂夹紧凸台。由图纸可知，D面有一六边形槽，六边倒角R5，长边钻两中心对称盲孔，孔径R5，孔深30。故铣削D面时，采用以下加工刀路：φ30平刀面铣D面→φ10平刀粗铣六边形槽→φ8平刀精铣六边形槽→φ10钻头钻两深30盲孔。
结束语：
本次对花边凸台四轴加工的分析，在三轴与四轴加工的选择中，最终确定用四轴加工，并且以四轴加工为中心，一步一步延伸到工序划分、工艺分析、刀路确定等内容。要想加工好一个零件，在充分考虑图纸的加工要求基础上，合适的工序划分、恰当的加工方法、简单有效的工装夹具、高效低廉的刀具选用等都对提高零件的加工质量，降低加工成本都起着至关重要的作用。这需要我们既要结合自己的工作经验，又要查阅相关的机械加工知识。
参考文献：
[1]殷作禄《铣工技师鉴定培训教材》机械工业出版社
[2]韩鸿鸾《数控铣工/加工中心操作工》机械工业出版社
[3]刘小年《机械制图》湘机电高等专科学校
[4]肖继德 陈宁平《机床夹具设计》江南大学机械工业出版社
[5]何雪明 吴晓光 刘有余《数控技术》华中科技大学出版社
论文作者:方瑞萍
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/18
标签：加工论文; 凹槽论文; 工序论文; 刀具论文; 工装论文; 曲面论文; 方法论文; 《基层建设》2018年第24期论文;