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曲面零件示例

待加工曲面零件如圖 1 所示，陰影所示即為需要加工的弧面，幅寬近 3 m，長(zhǎng)度約 2 m，若是采用球頭銑刀進(jìn)行銑削加工，則將占用機(jī)床很長(zhǎng)一段時(shí)間。

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圖 1 待加工曲面零件

為了縮短加工周期，現(xiàn)通過(guò)銑刀、砂輪、工裝及數(shù)控編程相配合，在數(shù)控加工中心上通過(guò)精磨加工來(lái)達(dá)到銑削加工的目的［1 － 5］。

2 曲面零件精磨加工

2. 1 弧面細(xì)化銑削

由于砂輪磨削量相對(duì)于銑削來(lái)說(shuō)要少很多，所以前期通過(guò)銑削加工對(duì)弧面進(jìn)行半精加工成型細(xì)化是很重要的一步。考慮到球頭銑刀是以點(diǎn)銑面，其用于大面積弧面粗加工耗時(shí)耗力，故改用圓刀片銑刀盤，利用其圓弧刀片進(jìn)行半精加工銑削。這種銑削的原理是借用刀片Ｒ角進(jìn)行材料去除，將工件表面波峰降至最低并形成較緩和的半精加工面，并借助盤銑刀的直徑優(yōu)勢(shì)進(jìn)行材料鏤平及下一道刀路材料預(yù)先去除，以達(dá)到較小切削力下的最大材料去除量。

若以直徑12 mm 圓刀片裝夾在直徑80 mm 刀盤上進(jìn)行加工，每刀切深 0. 1 mm 為例，則波峰僅為

0. 04 mm，并可消除所有直角棱，更利于磨削加工。加工示例如圖 2 所示。

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圖 2 加工示例

弧面半精加工則可借助 UG 等自動(dòng)加工軟件進(jìn)行程序編制，若想得到更細(xì)化的半精加工表面，則調(diào) 整每刀切削深度即可。加工中需隨時(shí)注意刀片的磨損，若在磨損較大時(shí)才進(jìn)行刀片更換，則整個(gè)弧面將在每個(gè)換刀點(diǎn)形成一個(gè)高點(diǎn)，不利于后期磨削加工。

2. 2 砂輪及工裝準(zhǔn)備

選擇砂輪時(shí)首先需要考慮機(jī)床因素，砂輪大會(huì)形成干涉無(wú)法安裝，根據(jù)實(shí)際情況本機(jī)選用直徑 400

mm 的砂輪，考慮磨削力等因素，寬度選用 40 mm。

裝夾砂輪的法蘭盤為非標(biāo)定制，采用兩個(gè)法蘭夾緊砂輪，并給予一定的公差配合以保證后續(xù)靜平衡工作順利進(jìn)行，夾緊砂輪的法蘭盤通過(guò)芯棒及螺栓直接固定于直角銑頭軸端面上。在法蘭與砂輪之間裝夾一片摩擦片，以增加法蘭與砂輪的摩擦系數(shù)。砂輪安裝示意圖如圖 3 所示。

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圖 3 砂輪安裝示意圖

1. 直角銑頭軸頭; 2. 芯棒; 3. 法蘭 1; 4. 螺栓 1;

5. 摩擦片; 6. 砂輪; 7. 摩擦片; 8. 法蘭 2; 9. 螺栓 2

另外，考慮到砂輪磨削過(guò)程的安全性，砂輪需配備安全罩以保證加工安全。砂輪安全罩應(yīng)遮蓋大部分砂輪，只留底部磨削空間及必要的避讓空間。砂輪安全罩的安裝可以借用直角銑頭端面的固定螺栓，拆下部分螺栓，更換稍長(zhǎng)螺栓即可進(jìn)行砂輪安全罩的固定安裝。砂輪安全罩尺寸及安裝如圖 4 所示。

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圖 4 砂輪安全罩尺寸及安裝

2. 3 弧面磨削

弧面磨削加工如圖 5 所示，其分為磨砂輪→砂輪靜平衡→程序編制→尋高點(diǎn)→磨削加工幾部分。

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圖 5 弧面磨削加工

( 1) 磨砂輪: 其為對(duì)砂輪外圓的修磨，需將砂輪安裝至機(jī)床，并在工作臺(tái)面上豎直安裝一支金剛筆。將砂輪移至筆頭，利用手輪或循環(huán)編程進(jìn)行往復(fù)循環(huán)修磨，直至將砂輪外圓修磨平整。

( 2) 砂輪靜平衡: 砂輪修磨后需進(jìn)行砂輪的靜平衡。制作一芯棒，砂輪套進(jìn)芯棒后架在靜平衡工裝上進(jìn)行砂輪靜平衡，靜平衡工作非常重要。

( 3) 編制程序: 程序即為參考平面磨削的方式，仿型跑圓弧面并同時(shí)橫向進(jìn)給，此為三軸聯(lián)動(dòng)加工，關(guān)鍵程序截取如下:

G91 G3 X － 200 Z － 5 Y1. 25 I = AC( 0) K = AC( 4002. 5)

G2 X － 2217. 6 Z － 74. 1 Y13. 75 I = AC( 0) K = AC( － 33200)

G3 X2217. 6 Z74. 1 Y13. 75 I = AC( 0) K = AC( － 33200)

G2 X200 Z5 Y1. 25 I = AC( 0) K = AC( 4002. 5)

編程時(shí)需同時(shí)考慮 X、Z 向距離關(guān)系以及讓刀空間，并考慮砂輪直徑對(duì)主軸中心到圓弧面距離的影響。程序第一段及第四段為反向平緩出工件程序，K

= AC( － 33200) 為考慮砂輪半徑 200 mm 編制的進(jìn)給程序。

另外還需考慮砂輪尺寸較大、質(zhì)量較大，因此主軸啟動(dòng)阻力較大。為了保護(hù)主軸，在轉(zhuǎn)速編程中需考慮緩速啟停主軸，利用程序段以一定百分比使主軸由慢到快轉(zhuǎn)動(dòng)直至達(dá)到程序要求的轉(zhuǎn)速，并在程序結(jié)束時(shí)再由快而慢逐漸停下主軸。

同理，由于大型工件質(zhì)量較大，臺(tái)面來(lái)回移動(dòng)慣性力大，為了保護(hù)機(jī)床，也可利用此程序段進(jìn)行小距離的緩沖，此處需注意緩沖一定要在讓刀空間內(nèi)完成，否則在工件磨削中將形成不穩(wěn)定加工。

( 4) 尋高點(diǎn): 磨削加工不能大吃刀量磨削，所以第一刀加工必須謹(jǐn)慎，需要找出弧面高點(diǎn)，從高點(diǎn)進(jìn)行磨削。

( 5) 磨削加工: 磨削初期為高點(diǎn)磨削，下刀量可稍大，可進(jìn)給 0. 05 mm。至磨削到較大面積后，需每刀下 0. 02 mm。火花散狀為較好狀態(tài)，若火花趨于密集，則需考慮是否砂輪磨損，需進(jìn)行砂輪修磨后再繼續(xù)進(jìn)行加工。

3 小結(jié)

經(jīng)過(guò)兩次實(shí)際加工驗(yàn)證，確認(rèn)利用數(shù)控加工中心進(jìn)行大型圓弧面的精磨加工實(shí)際可行。加工時(shí)弧面細(xì)化銑削十分重要，其決定了后續(xù)磨削加工所需的時(shí)間，若以較小切削深度進(jìn)行加工，后續(xù)磨削僅需 1 ～ 2 天即可完成。相對(duì)于最終利用球頭銑刀進(jìn)行弧面精加工，該磨削方法僅在弧面細(xì)化銑削部分占用了較長(zhǎng)的時(shí)間，所以節(jié)省了大量的精加工時(shí)間及刀具成本。

數(shù)控加工中心進(jìn)行大型圓弧面的精磨加工

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