二次曲线组合件的机械加工工艺编制与仿真加工

张 艳 张 飞

(炎黄职业技术学院，江苏 淮安 223400)

1 分析图纸

该配合件是由心轴1与心轴2根据总装图的技术要求组合而成的，根据零件图显示，表面粗糙度、尺寸精度、相互位置精度以及材料45#钢，在现有数控车床的生产条件下可以达到技术要求。

配图由心轴1和心轴2组成，如图1-3所示。

图1 心轴1

图2 心轴2

图3 装配图

2 加工工艺分析

加工路线根据先主后次，先粗后精的加工原则[1]。由图可见，考虑节约成本，提高加工效率，而且心轴2无法独立装夹加工，所以先加工心轴2。心轴1和心轴2加工顺序：心轴2外轮廓—心轴1左外轮廓—心轴1的内轮廓—两件装配加工心轴2左端面—心轴1右外轮廓—拆装清理。

2.1 工件图纸分析

先分析心轴2，再分析心轴1。

2.1.1 心轴2结构与精度分析

图4

(1)结构分析。心轴2：45#钢，Φ62的毛坯棒料，总长58mm，右端M30×1.5外螺纹和退刀槽5×3，向左为R10的凹圆弧段与R21凸圆弧段相切的对称圆弧面，两段对称圆弧段节点处必须光滑连接。心轴2从左至右并不单调递增或递减，但对称圆弧面必须光滑过渡连接无接刀痕，所以两对称圆弧面必须一起加工。平左端面并且保证总长，需心轴2右端定位，此时心轴2右端是螺纹和圆弧面，无法实现定位、装夹，所以考虑将心轴1与心轴2装配在一起来加工心轴2的左端面[2](图4)。工序：粗车外轮廓—精车外轮廓—切断。

(2)精度分析。心轴2重要加工部位为对称圆弧面Φ57以及其长度要求为43mm。表面粗糙度Ra为3.2μm，在数控车床上可以达到精度要求。

2.1.2 心轴1结构与精度分析

(1)结构分析。心轴1：45#钢，Φ62mm的毛坯棒料，总长115mm。左端Φ24内轮廓，M30×1.5内螺纹，凸圆弧R10与凹圆弧R21相切的一段内轮廓，以及Φ52与Φ58的外轮廓，R22的凸圆弧面，Φ46的外轮廓，R20的凸圆孤面，中间为梯形槽，右端为部分中椭圆面，Φ24的外轮廓，两者之间有R8.5的过渡圆角。外轮廓从左向右并不单调递增或递减。考虑外圆轮廓Φ58与内轮廓Φ24有个同轴度要求，所以所有Φ58的外轮廓与内轮廓在同一次装夹下加工。工序：粗车外轮廓—精车外轮廓—粗车内轮廓—精车内轮廓—调头安装—平端面—打中心孔—加工右端外轮廓—粗车外轮廓—精车外轮廓。

(2)精度分析。心轴1重要加工部位Φ58、Φ52外轮廓，其次Φ24内轮廓，两者同轴度0.025mm，在同一次装夹下加工。表面粗糙度Ra最高为1.6μm，在数控车床上可以达到要求。考虑有内应力存在，可在加工外轮廓前先打底孔。

2.2 装夹方案的确定

采用三爪自定心卡盘定位、装夹，加工心轴2右端，装夹部位在Φ52外轮廓处用顶尖辅助定位。

2.3 加工工艺过程

根据图样拟定加工工艺过程。

心轴2：(1)用卡盘夹住毛坯外轮廓；(2)粗、精车外轮廓，各尺寸至图纸精度；(3)切槽5×3；(4)加工外螺纹M30×1.5；(5)切断心轴2，工件长58mm。

心轴1：(1)用卡盘夹住毛坯外轮廓伸出约76mm；(2)平端面，手动打孔Φ22；(3)用尖刀(防止干涉)粗加工、精加工外轮廓Φ52、Φ58、Φ46、Φ44至图纸要求。(4)用切槽刀加工梯形槽，底边宽至17.026；(5)粗、精加工内轮廓Φ24至尺寸精度；(6)加工内螺纹M30×1.5；(7)将心轴1与心轴2装配在一起(如图5)，加工心轴2的左端面，保证心轴2的总长；(8)调头，装夹Φ52的外轮廓，打中心孔，装顶尖；(9)粗加工、精加工心轴1的右端外轮廓。

3 编制程序

由于心轴1与心轴2轮廓较复杂，选择自动编程可提高加工效率。本文选用CAXA数控车(2013版本)软件，可实现自动编程，生成所需要的程序代码。下面仅对心轴1外轮廓做编程介绍。

(1)用CAXA数控车软件绘制心轴2外轮廓，仅保留切削部分形状，再绘制毛坯形状。此时注意：坐标原点的选择是心轴2的最右端面中心处。心轴的切入点和撤离点需要给个2～3mm切入缓冲，防止打刀。

(2)根据外轮廓形状特点选择参数设置，由于心轴2外轮廓有对称圆弧面，因此在选择刀具参数时注意干涉情况，否则无法生成程序代码。各参数设置完成后，选择加工表面轮廓线和毛坯，点击进退刀点，此时退刀点注意选取要适当。

(3)生成程序代码。确认刀具轨迹线无误后，拾取刀具轨迹产生的加工程序，对程序做适当修改，如T指令、程序号、修改刀具号和刀补等，再将加工程序代码传输到数控车床进行加工。

4 结语

本文以对称圆弧面心轴配合件为例，心轴1有对称圆弧面，心轴2有椭圆面、梯形槽，对于此类较复杂表面，普通机床已经很难加工，需要选择数控机床来加工。心轴1无法独立加工，心轴2不符合单调增或者单调减，所以要选择合适的加工工艺方案，本文针对两心轴的加工工艺过程做了介绍，在条件允许的情况下选择自动编程更能提高效率。