這是夾具俠（jiajoin）發(fā)布的第 1133 篇技術(shù)文章

薄壁套筒零件的加工都需要很合理的設(shè)計思路，才能達(dá)到滿意的產(chǎn)品效果。而通過下面UG軟件與四軸聯(lián)動加工中心的結(jié)合方法，類似零件我們都能有新的路徑與技巧。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和加工難點

圖1所示產(chǎn)品為全晶體力臂調(diào)節(jié)器，組成產(chǎn)品的零部件及元器件中，薄壁套筒（見圖1b）是一個重要件，它裝在產(chǎn)品內(nèi)部，不外露。其外圓上的三處螺旋導(dǎo)程角是加工中的難點。

圖1 全晶體化力臂調(diào)節(jié)器

該套筒的外形尺寸結(jié)構(gòu)特點是 ：

①零件壁薄，最薄處尺寸僅為0． 925mm。

②外圓上沿120°方向均勻分布3處螺旋槽，槽寬為（10±0．008）mm，螺旋槽的導(dǎo)程角是26°± 5′，根部R0．5 mm，表面粗糙度值Ra＝0．4μm。

③薄壁外圓一端要插齒，模數(shù)m＝0．5，齒數(shù)z＝108，壓力角α＝20°，齒頂高系數(shù)ha＊＝1，徑向間隙系數(shù)c＊＝0．2，精度等級6h。

④零件材料為30CrMnSiA，熱處理硬度41～45HRC，表面處理鍍鉻5～8μm。

圖2 薄壁套筒外形尺寸

薄壁套筒的加工難點為：①薄壁件剛性較差，加工過程中產(chǎn)生的振動導(dǎo)致表面質(zhì)量差，產(chǎn)生變形，不好保證精度。②薄壁件在外圓上插齒，插齒過程中產(chǎn)生的范成運動、切削運動和進(jìn)給運動容易導(dǎo)致零件變形，齒輪精度不好保證，尤其是齒形誤差易受影響。③材料為30CrMnSiA，屬于中碳鋼，有較高的綜合機(jī)械性能，且熱處理硬度較高，加工中刀具磨損嚴(yán)重，生產(chǎn)效率受到影響。

傳統(tǒng)加工方法及夾具分析

傳統(tǒng)的加工方法是做專用夾具在普通銑床上加工，圖3所示為專用銑床夾具，其加工原理是：把零件定位在夾具上并夾緊，手工搖動夾具手柄，帶動夾具的絲杠傳動，零件的運動有兩種，在轉(zhuǎn)動的同時向前移動，套筒上的每一點都在進(jìn)行螺旋轉(zhuǎn)動。在每個完整的螺旋槽加工過程中，刀具只是固定地轉(zhuǎn)動，不進(jìn)行坐標(biāo)移動。

圖3 傳統(tǒng)加工專用銑床夾具

這樣加工的缺點為：

①質(zhì)量不穩(wěn)定。螺旋槽的寬度尺寸取決于刀具的直徑，刀具直徑不合格或在加工過程中發(fā)生磨損會影響槽寬精度尺寸，加工中產(chǎn)生的顫動容易導(dǎo)致表面質(zhì)量差。采用傳統(tǒng)的加工方法，尺寸精度最好只能達(dá)到±0．02m m，表面粗糙度值R a＝1．6～3．2μm，要達(dá)到最終設(shè)計要求，只能采用手工研磨拋光的方法。

②刀具磨損嚴(yán)重。由于零件材料為30CrMnSiA淬火中碳結(jié)構(gòu)鋼，加工中刀具磨損嚴(yán)重，每加工8～12件零件就需更換刀具。由于刀具的直徑直接決定了槽寬的尺寸，通用刀具很難達(dá)到加工要求，這就需要準(zhǔn)備大量的專用刀具，不但刀具制造成本高，而且給管理和庫存帶來很大的麻煩。

③廢品率和超差品率高。傳統(tǒng)加工的廢品率每批次約5％～8％，超差品率12％。廢品率造成了較大的質(zhì)量損失，超差品率造成了較高的返工成本，一旦尺寸超差，只能通過鉗工拋光的方式進(jìn)行返工，加工效率低，返工成本高，每返工1件需要20min，增加了制造成本（小時費用率）。

重選毛坯類型和設(shè)備

薄壁零件具有質(zhì)量輕 、節(jié)約材料和結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)良特 點 。為了提高材料利用率，毛坯采用管狀材料，利用率約55．6％。設(shè)備選擇四軸聯(lián)動加工中心，主要是考慮到該機(jī)床加工范圍較大，內(nèi)部功能較強(qiáng)，摒棄傳統(tǒng)銑床夾具的加工方式，通過一次裝夾自動走刀實現(xiàn)三處螺旋槽的加工。

圖4

此外，該設(shè)備還能用數(shù)學(xué)模型描述復(fù)雜的曲線零件及三維空間的曲面類零件，如本例中的三處空間螺旋槽的角向尺寸26°±5′。

建立加工模型

齒槽寬三維模型的建立是比較關(guān)鍵的，也是UG編程中比較生僻的環(huán)節(jié)，對初學(xué)編程的人員來說有一定的難度。特別是纏繞曲線和掃掠成形，更是三維模型建立的難點和重點。

4．1 螺旋槽寬邊界線段的形成和纏繞曲線。坐標(biāo)原點移至端面截面的最頂點，在XOY平面內(nèi)沿X 向畫一條26°線并派生直線，生成寬度為10mm的兩條槽寬邊界線段。U G軟件插入→來自曲線集的曲線→纏繞／展開曲線。選擇曲線：兩條槽寬邊界線段（見圖5上面兩條曲線）；選擇面：圓柱體外圓柱面；指定平面：X O Y 平面（兩線段所在平面），確定并生成兩條沿圓柱體的纏繞曲線（見圖5下面兩條曲線）。

圖5　槽寬邊界線段的形成和纏繞曲線

4．2 螺旋槽輪廓界面的建立及模型的形成。首先，要畫出掃掠界面。在端面頂點沿垂直于邊界線段構(gòu)成的平面內(nèi)畫對稱矩形界面，矩形的寬度為槽寬1 0 m m ，寬度方向只需保證高出圓柱頂面和低于內(nèi)孔頂面即可（便于掃掠后進(jìn)行布爾運算）。其次，UG模型界面中插入／掃掠／掃掠→截面選擇曲線：端面界面框；引導(dǎo)線選擇曲線：選擇一條纏繞線；定位方法：選擇另一條曲線／點另一條纏繞線，確定并形成螺旋槽實體輪廓。

圖6 螺旋槽輪廓界面的建立及模型的形成

4．3 陣列螺旋槽輪廓模型并布爾運算形成螺旋槽。首先在端面截面均布陣列三處螺旋槽輪廓模型。用實例幾何體指令，類型選擇旋轉(zhuǎn)，選擇對象：點已生成的纏繞體；指定矢量：－XC（將坐標(biāo)原點移動到端面中心，沿軸線方向的坐標(biāo)）；指定點：端面中心點；角度120°、副本數(shù)2。布爾運算中的求差方法形成三處螺旋槽，再運用建模、裁剪及布爾運算補(bǔ)全其他部位（見圖7）。

圖7 布爾運算形成螺旋槽并補(bǔ)全其他部位

程序的優(yōu)化

在保證質(zhì)量的前提條件下，追求高效率和避免動作浪費是企業(yè)生產(chǎn)改善的追求方向，本程序只需建立4個操作即可完成整個螺旋槽的加工。

5．1 中心鉆引導(dǎo)操作。

這個操作的注意點是：防止中心鉆斷裂。中心鉆一般由高速鋼材料制成，鉆孔部位直徑比較小，實際加工中易折斷（數(shù)控加工過程中折斷是不易被發(fā)現(xiàn)的），加工中要加潤滑液，利于切屑的排出，保證通暢不被卡住或折斷。進(jìn)給速度150m m／m i n，主軸轉(zhuǎn)速2500r／min，切削速度200mm／min，逼近速度2000mm／min，進(jìn)刀速度1000mm／min，移刀速度3000mm／min。

5．2 鉆出引導(dǎo)空間區(qū)域操作。

本操作很簡單，其目的就是在銑刀下刀點鉆出一個f6mm孔的空間區(qū)域，保證銑削力度均勻。進(jìn)給速度20mm／min，主軸轉(zhuǎn)速2500r／min，切削速度 250mm／min，逼近速度2000mm／min，進(jìn)刀速度1000mm／min、移刀速度4000mm／min。

5．3 粗加工操作（用型腔銑“CAVITY＿M(jìn)ILL”）。

加工出整個螺旋槽的外形形狀，留少許余量最后成形。主軸轉(zhuǎn)速5500r／min，切削速度1800mm／min，逼近速度3000mm／min，進(jìn)刀速度800mm／min，第一刀切削速度800mm／min，移刀速度5000mm／min。

5．4 精加工操作（用平面銑“PLANAR＿M(jìn)ILL”）。

沿封閉的螺旋槽四周精加工一圈，完成整個螺旋槽的最終形狀尺寸要求。主軸轉(zhuǎn)速6000r／min，切削速度2500mm／min，逼近速度3000mm／min，進(jìn)刀速度 1200mm／min，第一刀切削速度1200mm／min，移刀速度5000mm／min。

程序的編制因個人的編程風(fēng)格和習(xí)慣不同，沒有一個標(biāo)準(zhǔn)模式。以上操作中的切削參數(shù)不是唯一的，不過這種加工思路已經(jīng)被驗證可靠地解決了薄壁類套筒零件螺旋導(dǎo)程槽的加工和質(zhì)量問題，可以作為參考。