连接臂零件柱面斜槽摆角加工工艺设计与仿真实现_欧阳睿凌.pdf

1 连接臂零件柱面斜槽加工问题提出使用三轴数控机床加工如图 1 所示连接臂零件，因柱面周侧上有个侧壁与底面大于 90夹角的斜槽加工需要做特殊的工艺处理，从结构特征可知，该柱面斜槽应在完成正反翻面的槽孔加工并铣出外形轮廓后方可加工，且基于大于 90角度的要求，仅使用三轴数控铣床难以在一次装夹中完成该斜槽的加工1。为此，设计出一个简单的辅助对刀工艺板，分两次摆角装夹铣削该斜槽，既方便夹压定位同时又容易对刀找正，能比较便利地实现柱面斜槽的加工2。第 30 卷 第 1 期Vol30 No1鄂州大学学报Journal of Ezhou University2023 年 1 月Jan.2023doi:10.16732/ki.jeu.2023.01.036连接臂零件柱面斜槽摆角加工工艺设计与仿真实现欧阳睿凌1，詹华西2（1.武汉华工激光工程有限责任公司,湖北 武汉 430223；2.武汉职业技术学院 机电工程学院，湖北 武汉 430074）摘要:针对连接臂零件柱面周侧斜槽加工的特殊要求，设计简单结构的辅助对刀工艺板，仅使用三轴数控铣床，以两次角度偏摆装夹即可实现侧壁与底面大于 90夹角的斜槽加工。探讨了辅助对刀工艺板及加工刀路设计问题，并通过仿真进行了工艺可行性的验证。关键词:辅助对刀工艺板；柱面斜槽；角度偏摆加工中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1008-9004（2023）01-0103-03收稿日期：20220706作者简介：欧阳睿凌（1994-），男，助理工程师，研究方向：激光加工设备的结构设计及数控加工技术。图 1 连接臂零件图样2 连接臂零件加工总体工艺分析与设计根据零件图样结构，该连接臂零件在总体工艺安排上可采用块状坯料先做 A、B正反两面的槽孔加工，然后通过外形铣削或线切割加工实现外形轮廓与坯料的分离3，只有在外轮廓分离出来后才方便实施柱面周侧斜槽的加工。除此之外，轮廓侧表面上还有一处美制螺孔需要钻攻加工，且 B面上还有一个窄槽也需要在工件立置状态下使用锯片铣刀来做铣削加工，这种工艺安排较之在 B面槽孔加工时用1 的立铣刀分层立铣的处置方式效率更高。因此，在 A、B两面槽孔加工完成后的轮廓侧表面上还是需要以立置方式分几次夹持，通过摆转不同角度先后实现柱面斜槽、美制螺孔及窄槽锯片铣等加工内容。该连接臂零件总体工艺安排如图2 所示。鄂州大学学报第 30 卷a)铣 A面b)铣 B面c)外形分离d)铣柱面斜槽e)铣窄槽f)钻攻螺孔图 2 连接臂零件总体工艺顺序根据以上工艺顺序安排，在平置状态下完成A、B 面加工后，后续均可利用其加工出的一面两销实施装夹定位，为此，需要设计制作一个一面两销的工艺板，将其和零件坯料装夹固定起来，随轮廓侧表面一起在立置状态下实现角度摆转的方位变换。由于零件外形轮廓为不规则异形结构，既难以支持其立置在各不同角度方位下的稳定支撑，又不方便各运动坐标轴方向的对刀找正，因此，可以在该一面两销工艺板上设计出既方便对刀找正又能实现稳定支撑的一些侧表面，各表面与零件坯料间呈固定不变的相对位置关系，并以一面两销的夹固方式锁紧为一刚性整体，因而该工艺板即可起到辅助对刀板的作用4。当该辅助工艺板设计确定好后，可以将工艺板的外形与零件外形轮廓分离的工序结合起来进行配作加工，配作工艺设计参考图 3 所示。其配作加工的工艺过程是：（1）先铣工艺板销柱凸台，并钻攻出紧固用螺孔，如图 3a）；（2）以销柱定位、螺钉锁紧，实现连接臂坯件与工艺板的装夹固定，如图 3b）；（3）夹持坯件两平行表面，铣工艺板外形，如图3c）；（4）翻面，夹持工艺板两平行边，按该装夹方位要求编制工件外形铣削加工的刀路，实施工件外形轮廓的铣削分离加工，如图 3d）。a)预加工工艺板b)连接坯件与工艺板c)铣工艺板d)铣工件外形图 3工艺板与零件外形分离的配作加工3 柱面斜槽加工用辅助工艺板的设计针对该连接臂零件 40.1 柱面周侧上相对正侧位分别向两侧扩展 5o、7o的斜槽，槽宽 9.53，至少需要作两个角度的偏摆方可加工得到，若以图示方向为 0o方位，按逆时针旋转为正角度，则分别需要作-7o、+5o两个角度的偏摆。为此，设计了如图 4 所示的辅助工艺对刀板。其工艺思路是：零件与该工艺板之间通过一面两销定位，装合后一起夹压到精密平口钳上，利用工艺板上不同方位的侧表面实现支撑及对刀定位。第一次-7o偏摆加工时，以 D1 面为支撑表面、B面贴靠固定钳口后夹紧固定；以 A1 面对刀确定工件零点的 X1、以 B面（固定钳口面）对刀确定工件零点的 Y1、以 C1 面对刀确定工件零点的 Z1；第二次+5o偏摆加工时，支撑表面换为 D2 面、以 A2面对刀确定工件零点的 X2、以 C2 面对刀确定工件零点的 Z2，Y向仍然使用固定钳口面对刀找正，两次偏摆后均可用 8 立铣刀加工。图 4 柱面斜槽两次偏摆加工的工艺板设计104第 1 期欧阳睿凌，等：连接臂零件柱面斜槽摆角加工工艺设计与仿真实现4 柱面斜槽加工的刀路设计要点基于上述工艺思路，在进行该槽铣削加工时，均只需用 8 立铣刀以同样的轮廓边界做一个简单的外形铣削刀路设计即可。若按辅助对刀工艺板厚 10mm，槽底圆弧顶点为刀路编程的工件零点，则两次偏摆加工刀路设计时，其轮廓边界放置的位置以及刀路深度参数控制应参照以下要点设计。（1）选用 8 立铣刀；（2）外形铣削的轮廓边界参照零件图样实际尺寸构建，包括 9.53 的半圆弧以及两侧水平切线；（3）以9.53的半圆弧中点为刀路编程的工件零点；（4）两次偏摆加工的轮廓边界均可放置在X=0，Y=-19.53，Z=0 的位置处；（5）偏转-7o加工时，刀路深度控制应设置为毛坯表面深 L1，加工 Z深度为 0，如图 5a）；（6）偏转+5o加工时，刀路深度控制应设置为毛坯表面深 L2，加工 Z深度为 0，如图 5b）；a）-7偏摆加工b）+5偏摆加工图 5柱面斜槽两次偏摆加工的刀路设计5 基于 NC 输出的柱面斜槽加工仿真验证由上述刀路设计结果输出 NC程序后，载入到VERICUT加工仿真环境中5，定义好 8 立铣刀，在平口钳上装好半成品坯料和辅助对刀工艺板，再设置相应的工件零点，即可运行程序控制数控机床实施该柱面斜槽的仿真加工。两次偏摆多工位接续加工的仿真验证结果如图 6 所示，由此非常直观地验证了该柱面斜槽加工工艺及刀路设计的可行性。图 6柱面斜槽两次偏摆加工工艺的仿真验证6 结语对于柱面上侧壁与底面夹角超过 90的斜槽加工，在不具备四轴加工机床的基础上，设计一个简单结构的辅助工艺对刀板即可实现角度偏摆两次装夹的加工。该设计既有稳定的支承表面，又充分考虑了各运动坐标轴方向上对刀找正的便利，当工艺板各面与零件间具有固定的尺寸关系后，其刀路设计要求也变得相对简单，这一工艺思路在后续基于 NC 程序的仿真加工中即得到了成效明确的验证。参考文献：1施学斌.一种铣斜槽的夹具应用方案J.广西轻工业,2010（11）:38-40.2杜新宇,杨芳.炮弹引爆体上斜槽加工夹具的设计与制造J.机械设计与制造，2020（1）：36-39.3王军.机械零件的数控加工工艺M.北京:机械工业出版社，2020：184-188.4詹华西,江洁.巧用工艺对刀板解决周侧斜槽加工问题J.武汉职业技术学院学报，2010（3）：91-92，95.5崔娜,王贵和,于天彪.基于 VERICUT 的数控钻铣加工仿真研究J.机械工程师，2013（5）：101-102.（责任编校：朱立文）105