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數(shù)控加工中心進行大型圓弧面的精磨加工
閱讀：415 發(fā)布時間：2020-8-10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，長度約 2 m，若是采用球頭銑刀進行銑削加工，則將占用機床很長一段時間。
圖 1 待加工曲面零件
為了縮短加工周期，現(xiàn)通過銑刀、砂輪、工裝及數(shù)控編程相配合，在數(shù)控加工中心上通過精磨加工來達到銑削加工的目的［1 － 5］。
2 曲面零件精磨加工
2. 1 弧面細化銑削
由于砂輪磨削量相對于銑削來說要少很多，所以前期通過銑削加工對弧面進行半精加工成型細化是很重要的一步。考慮到球頭銑刀是以點銑面，其用于大面積弧面粗加工耗時耗力，故改用圓刀片銑刀盤，利用其圓弧刀片進行半精加工銑削。這種銑削的原理是借用刀片 Ｒ 角進行材料去除，將工件表面波峰降至低并形成較緩和的半精加工面，并借助盤銑刀的直徑優(yōu)勢進行材料鏤平及下一道刀路材料預先去除，以達到較小切削力下的大材料去除量。
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。
圖 2 加工示例
弧面半精加工則可借助 UG 等自動加工軟件進行程序編制，若想得到更細化的半精加工表面，則調 整每刀切削深度即可。加工中需隨時注意刀片的磨 損，若在磨損較大時才進行刀片更換，則整個弧面將 在每個換刀點形成一個高點，不利于后期磨削加工。
2. 2 砂輪及工裝準備
選擇砂輪時首先需要考慮機床因素，砂輪大會形成干涉無法安裝，根據(jù)實際情況本機選用直徑 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定制，采用兩個法蘭夾緊砂輪，并給予一定的公差配合以保證后續(xù)靜平 衡工作順利進行，夾緊砂輪的法蘭盤通過芯棒及螺 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。
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，更換稍長螺栓即可進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。
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→磨削加工幾部分。
圖 5 弧面磨削加工
( 1) 磨砂輪: 其為對砂輪外圓的修磨，需將砂輪安裝至機床，并在工作臺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)編程進行往復循 環(huán)修磨，直至將砂輪外圓修磨平整。
( 2) 砂輪靜平衡: 砂輪修磨后需進行砂輪的靜平衡。制作一芯棒，砂輪套進芯棒后架在靜平衡工裝上進行砂輪靜平衡，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橫向進給，此為三軸聯(lián)動加工， 關鍵程序截取如下:
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)
編程時需同時考慮 X、Z 向距離關系以及讓刀空間，并考慮砂輪直徑對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 編制的進給程序。
另外還需考慮砂輪尺寸較大、質量較大，因此主軸啟動阻力較大。為了保護主軸，在轉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動直至達到程序要求的轉速，并在程序結束時再由快而慢逐漸停下主軸。
同理，由于大型工件質量較大，臺面來回移動慣性力大，為了保護機床，也可利用此程序段進行小距離的緩沖，此處需注意緩沖一定要在讓刀空間內完成，否則在工件磨削中將形成不穩(wěn)定加工。
( 4) 尋高點: 磨削加工不能大吃刀量磨削，所以第一刀加工必須謹慎，需要找出弧面高點，從高點進行磨削。
( 5) 磨削加工: 磨削初期為高點磨削，下刀量可稍大，可進給 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，需進行砂輪修磨后再繼續(xù)進行加工。
3 小結
經過兩次實際加工驗證，確認利用數(shù)控加工中心進行大型圓弧面的精磨加工實際可行。加工時弧面細化銑削十分重要，其決定了后續(xù)磨削加工所需的時間，若以較小切削深度進行加工，后續(xù)磨削僅需 1 ～ 2 天即可完成。相對于終利用球頭銑刀進行弧面精加工，該磨削方法僅在弧面細化銑削部分占用了較長的時間，所以節(jié)省了大量的精加工時間及刀具成本。