周润锋
（核工业理化工程研究院，中国 天津 300180）
【摘 要】为优化某专用设备中对设备性能起到重要作用的关键零件加工工艺，进一步提高该零件加工一致性与合格率，保证某专用设备运行性能的稳定性和可靠性，通过查阅该关键件相关设计专利，对该关键件的成型方式进行了分析，得出了现行线切割加工工艺实现不了专利显示该零件三维棱锥结构的加工，需要研究新的加工方式的结论，同时根据设计专利介绍及零件结构特点，总结出采用铣削加工工艺才能加工出该零件三维棱锥结构形状。在此基础上，根据该关键件设计图纸的尺寸、结构，采用作图法确定了组成三维棱锥结构的空间三个平面之间的夹角、交线、交点等位置关系，这样在铣削加工时，只要将这三个平面，分别翻转到加工位置即可实现加工，并使用UG软件按计算出的位置关系绘制了三维棱锥图，结果满足工艺设计要求。然后根据计算结果及现有设备，设计了铣削用翻转夹具及铣削平面的刀具，并在机床进行了初步加工实验，加工出的零件满足设计要求，并符合专利描述的形状。综上，通过研究确定了一种新的关键零件头部铣削加工工艺方法，并研制了翻转夹具和铣削刀具，通过加工实验，基本确定了工艺参数，加工出的零件满足设计要求。采用本工艺加工出的零件装配到专用设备上，在2013年进行的专用设备性能试验中取得了比较理想的结果。
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关键词 铣削；工艺；三维棱锥；空间；平面；翻转
0 引言
据相关专利资料显示，为了提高某专用设备的性能，需要消除影响设备性能的关键件（以下均简称该零件为关键件）形成的脱体激波激起的低频压力波动，该零件应该具有最佳的空气动力学结构。专利显示关键件的形状有类似机加工倒角的结构，是加工成型中面与面相交形成。而现行工艺采用线切割加工，加工时钼丝与工件垂直，无法获得带倒角结构的形状。
专利资料最后介绍该零件的形状是由3个空间平面形成，只要合理选择平面之间夹角和交线，就能组合成该形状。进一步证明了关键件是由平面组合而成的三维空间形状，而不是现工艺加工出二维曲面。
基于上述情况，有必要进行关键件新工艺的研究，以期获得与专利类似的形状。
1 工艺方案的确定
1.1 分析计算
为了能确定组成关键件3个平面之间的位置关系，需根据关键件图纸设计要求分析、计算，确定3个平面之间空间位置关系，使之能组合成符合图纸（投影视图）要求的三维空间形状，为具体工艺设计提供依据。
本分析主要采用做图法计算出3个平面之间空间位置关系。首先根据设计图纸绘制出二维关键件侧面投影图，如下图1。关键件三维空间形状就是由斜面A和两个圆弧所在面B、C组成；然后绘制与斜面A垂直的投影图，这样斜面A投影成一个椭圆（其中斜面上的1、3点对应椭圆上的1´、3´点）；将关键件侧面投影图中R圆弧与斜面交点2（尺寸L位置）投影到椭圆上，与椭圆形成两个交点2´和2´´；分别连线椭圆顶点1´与交点2´和2´´，形成两条线1´2´和1´2´´就是圆弧所在平面B、C与面A的交线，也就是加工形成圆弧面必须经过的线；测量线1´2´（或1´2´´）与中轴线1´3´之间夹角为θ1/2。
其次还需要知道平面B、C与面A之间的夹角就能确定两个面之间的位置关系，如下图2。这样需要在关键件侧面投影图上做一个辅助面D，面D经过关键件侧面投影图上圆弧最高点4（L1处）且与面A平行；同样作面D的投影图同样生成一个椭圆；再作点4的投影与椭圆相交于点4´和点4´´，再用点4´´作到线1´2´´（面A与面C相交线）的垂线，又已知点4到面A的距离L1，这样就计算出面A与面B、C夹角约为θ2。
按上述计算的角度结果，使用UG三维软件模拟了三个面相交产生的空间效果图。如下图3。
1.2 加工方式确定
经过上述计算，确定了三个平面的空间位置关系。由于在金属加工中获得平面的主要加工方法为铣削加工，同时铣削加工形成的平面与平面相交也能获得类似倒角的结构，因此确定采用铣削加工方式。以面A和它的中轴线13为加工中翻转的基准面和轴线。
2 详细工艺设计
2.1 设备选型
为实现关键件形状切割，机床需具备五轴系统，并且主轴转速达万转以上。经过市场调研，购置了北京精雕有限公司生产的型号为SmartCNC500的五轴加工设备，其最高主轴转速可达到28000rpm，能够实现高转速、低进给的加工方式，符合工艺要求。
2.2 工装设计
工装主要设计依据是：设计、工艺要求和设备条件（SmartCNC500五轴加工设备）。
夹具主要由定位套、回转体组件等构成。其中定位套为主定位基准件，回转体组件为与机床回转工作台连接件。机床回（下转第8页）（上接第9页）转工作台带动回转体组件旋转，使工件获得需要的翻转角度，因此设计必须保证定位套、回转体组件的回转轴线与前面分析的轴线15重合，即保证工件装夹后，平面A与回转轴线夹角为θ3。
2.3 刀具设计
关键件材料为紫铜（T2y），其硬度低，机械性能中的延伸率4-6%和断面收缩率35-45%较大，在加工过程中易“粘刀”，产生毛刺，所以在选择刀具的时候要考虑这一特性。
在众多的铣削刀具中，锯片铣刀因其特殊的结构特点，刀刃与工件接触面积很小，切削力也较小，适用于此类加工[1]。具体刀具设计为30齿齿轮形状，厚度0.8mm，以钨钢YT8作为材料，硬度值为HV1600。
3 工艺试验
经过一系列的工艺试验，基本确定了工艺参数，加工的零件满足设计要求。
采用此种工艺加工的零件装配到专用设备后，在后序进行的实验中得到了比较理想的结果。
4 结论
（1）研究确定了关键件加工的工艺流程及加工方式；
（2）根据加工设备连接结构，关键件尺寸及空间角度分析计算结果，研制了加工专用定位工装；
（3）根据关键件的加工要求，研制了平面铣削齿轮刀具；
（4）经过工艺试验，确定了关键件平面铣削加工参数，加工出的零件满足设计要求；
（5）采用此种工艺加工出的零件，在专用设备物理性能测试中得到了比较理想的性能数据。
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参考文献
［１］《铣工技术》编写组.铣工技术[M].北京:国防工业出版社,1973:30-37.
［责任编辑：汤静］