淺談戒指樣件的數(shù)控加工范文

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摘要：以曲面樣件戒指為主要研究對(duì)象進(jìn)行工藝分析設(shè)計(jì)。在研究的過(guò)程中運(yùn)用了數(shù)控加工技術(shù)，對(duì)戒指的外觀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，且針對(duì)該產(chǎn)品設(shè)計(jì)了相應(yīng)的加工工藝方案。從工序的安排、機(jī)床及配件的選定、毛坯的選定、裝夾的方案、刀具的選擇最終確定工藝路線，最后通過(guò)進(jìn)行編程仿真加工，對(duì)工藝路線進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：手板；數(shù)控加工；加工工藝

引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，戒指成為當(dāng)前社會(huì)很流行的一種裝飾品，但人們的審美觀也逐漸提高，對(duì)戒指的外觀、造型都有了很高的要求。因此針對(duì)人們的需求，戒指的制作也成了一項(xiàng)重要的行業(yè)，因?yàn)槠湓煨酮?dú)特，外形小巧精美，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此在制作也是非常困難，而且成本也十分高昂，且制作時(shí)很難一次性形成也無(wú)法大批量生產(chǎn)，因此手板成為很多生產(chǎn)過(guò)程中必要的手段[1-3]。通常剛剛研發(fā)或設(shè)計(jì)完成的產(chǎn)品都是需要制作手板，手板是為了驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的第一步，主要是為了找出設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的不足、缺陷、弊端最直接簡(jiǎn)單有效的方式，從而對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)弊端和缺陷進(jìn)行改善[2]，找出個(gè)別手板的不足之處。從而手板行業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，為產(chǎn)品的質(zhì)量提供了安全的保障。

1戒指樣件的結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及圖紙要求，得到：（1）產(chǎn)品的主體部分為一個(gè)類(lèi)似于圓環(huán)的形狀，由于該部分全是曲面的形狀，考慮到三軸機(jī)床加工不是太合適，因此在加工該部分時(shí)選用的是五軸機(jī)床。（2）產(chǎn)品的主體部分中的圓環(huán)直徑為6mm,由于該尺寸較小，所以選用的刀具直徑也較小，因此要考慮刀具的裝刀長(zhǎng)度和剛性，對(duì)刀具的要求較高。（3）產(chǎn)品的上表面為一個(gè)豹頭的圖案，因?yàn)槭窃谝粋€(gè)平面內(nèi)完成只用了2.5軸的命令，因此選用的是三軸機(jī)床。（4）產(chǎn)品的上表面為豹頭圖案，其中加工的形狀間隙最小的為0.12mm，因此加工有很大的難度，在選擇刀具時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)。（5）產(chǎn)品的精度要求較高，在加工圓環(huán)時(shí)要求不能出現(xiàn)刀紋的現(xiàn)象，因此加工難度較大。（6）工件整體尺寸較小，尤其是在加工圓環(huán)時(shí)，它的厚度很薄，所以在加工時(shí)容易出現(xiàn)變形，從而導(dǎo)致工件尺寸有誤差。

2工藝路線分析

2.1機(jī)床選定

通過(guò)分析可知本產(chǎn)品分為兩大工序，分別是三軸機(jī)床的工序和五軸機(jī)床的工序。戒指的主體部分在五軸機(jī)床上加工，然后戒指的上表面在三軸機(jī)床上加工。三軸機(jī)床的工序：首先是對(duì)工件的上表面進(jìn)行銑平面，銑到指定的位置。接著是對(duì)上面的豹頭進(jìn)行加工，由于豹頭中間的間隙較小，所以采取的刀具直徑也較小，因此要注意其裝刀長(zhǎng)度和避空長(zhǎng)度，保證其剛性。首先對(duì)其進(jìn)行分層粗加工，將豹頭的大致形狀做出，再進(jìn)行殘補(bǔ)將其余料進(jìn)行去除，之后進(jìn)行平行截線精加工，最后采取等高外形加工將戒指的邊緣圓弧，并且保證其精度效果。五軸機(jī)床的工序：首先是進(jìn)行開(kāi)粗，也為分層環(huán)切粗加工，將戒指的左右兩側(cè)分別進(jìn)行開(kāi)粗，將其大致輪廓做出來(lái)。然后再進(jìn)行半精加工和精加工，其中采取的加工方法為曲面投影加工。接下來(lái)要進(jìn)行的是戒指指環(huán)的部分，看似一個(gè)孔但卻不能用鉆孔的方法來(lái)制作，而是通過(guò)等高外形的方法來(lái)進(jìn)行加工，并且需要在戒指的左右兩側(cè)分別加工，使其達(dá)到所要求的目的。因?yàn)樵摫砻嬗卸盖筒糠诌€有平緩部分，所以要注意路徑，有的路徑會(huì)延伸出來(lái)，因此會(huì)采用到路徑裁剪或者路徑刪除方法，使路徑看起來(lái)比較好看。最后再次進(jìn)行精加工，使表面的余量全部去除。為了防止表面出現(xiàn)接刀紋和其他刀紋，采取更小刀具進(jìn)行加工，這樣就會(huì)有效地減少刀紋的出現(xiàn)。五軸機(jī)床和三軸機(jī)床的類(lèi)型也很多，根據(jù)產(chǎn)品的加工精度要求，機(jī)床的行程是否滿(mǎn)足零件外形尺寸的要求等，選擇三軸機(jī)床為Carver400TE_AUH，選擇的五軸機(jī)床為SmartCNC500E_DRTD。

2.2毛坯選定

產(chǎn)品毛坯的選擇，進(jìn)行毛坯的選擇時(shí)要遵循一定的原則：（1）主要能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品的形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的要求。（2）在考慮生產(chǎn)條件時(shí)，應(yīng)該確定其加工的設(shè)備和技術(shù)水平，是否能夠滿(mǎn)足加工要求。（3）選擇毛坯時(shí)要考慮到經(jīng)濟(jì)因素，成本價(jià)要大于它的實(shí)際價(jià)值。綜上考慮，戒指樣件的毛坯為一個(gè)黃銅柱體毛坯，產(chǎn)品外形尺寸6.3mm×6mm，長(zhǎng)度方向預(yù)留5mm的裝夾位，圓形的直徑要有2mm的余量，所以下料選定毛坯尺寸為10mm×20mm。

2.3裝夾方案

（1）根據(jù)零件圖分析，首先加工的是主體部分，該部分要在五軸機(jī)床上完成。根據(jù)毛坯的外觀形狀，使用零點(diǎn)快換夾具，主要是結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，定位精度更高，可根據(jù)工件大小，自由組合使用。（2）根據(jù)零件圖分析，第二次加工的是平面部分，該部分要在三軸機(jī)床上完成。加工這部分時(shí)要根據(jù)工件的形狀進(jìn)行仿形夾具設(shè)計(jì)[4]，設(shè)計(jì)的仿形工裝夾具如圖2所示。

3數(shù)控加工

3.1五軸加工

首先采用2mm的牛鼻刀，運(yùn)用分層環(huán)切粗加工的方法進(jìn)行整體輪廓的粗加工，這一步可以設(shè)置刀具的吃刀深度大一些，進(jìn)給速度大一些，可以縮短加工時(shí)間[5]。然后用2的球頭刀采用導(dǎo)動(dòng)面加工進(jìn)行戒指整體輪廓的精加工，之后指環(huán)部分采用2mm和1mm的球頭刀利用等高外形加工方法加工出來(lái)，這部分是曲面加工需要建立坐標(biāo)系分別對(duì)戒指兩側(cè)進(jìn)行加工，最后進(jìn)行采用4mm的平底刀切斷，進(jìn)行三軸平面加工。

3.2三軸加工

五軸加工將零件的大體做出來(lái)，首先需要對(duì)戒指的外輪廓進(jìn)行加工，分為粗加工和精加工，在加工時(shí)都采用4mm的平底刀，在進(jìn)行粗加工時(shí)可以使刀具的吃刀量大一些，加工的速度慢一些，精加工時(shí)可以減小刀具的吃刀量，并且提高刀具的加工速度這樣可以提高工件的表面精度。之后對(duì)戒指表面上豹頭進(jìn)行加工，因?yàn)樯厦姹^的紋路較為復(fù)雜。首先采用錐度15°的牛鼻刀開(kāi)粗，將豹頭的大致紋路做出來(lái)，接下來(lái)用錐度10°平底刀進(jìn)行殘料補(bǔ)加工，為的是上一步開(kāi)粗沒(méi)有加工到的部位進(jìn)行再次加工，避免在精加工時(shí)導(dǎo)致刀具發(fā)生斷刀的現(xiàn)象，最后采用錐度5°的平底刀進(jìn)行精加工，加工出豹頭圖文。最后用1mm的球頭刀對(duì)戒指?jìng)?cè)邊的圓弧進(jìn)行等高外形加工，加工出滿(mǎn)足要求的成品。

4加工難點(diǎn)及解決方法

4.1有效避免戒指圓環(huán)上的震刀紋和彈刀的現(xiàn)象

首先是震刀紋，震刀紋產(chǎn)生的原因主要有溫差、Z軸方向的長(zhǎng)度不統(tǒng)一、相同區(qū)域重復(fù)走刀、刀具磨損等原因，因此加工前需要充分暖機(jī)使主軸熱伸長(zhǎng)穩(wěn)定；在進(jìn)行局部的精加工或者清角時(shí)可以采用比原來(lái)更小的刀具來(lái)進(jìn)行加工；盡量快點(diǎn)完成縮短加工時(shí)間。彈刀的避免主要是吃刀量的問(wèn)題，不要一次性走完，而是要將余量分幾次走完，避免彈刀過(guò)切在精加工時(shí)不能將其修正[6-7]。

4.2刀具在加工時(shí)徑向跳動(dòng)要有效減小

首先應(yīng)該了解刀具徑向跳動(dòng)的原因，因?yàn)榈毒叩闹行奈恢煤蜋C(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)中心位置不在同一條直線上，因此產(chǎn)生了徑向跳動(dòng)。產(chǎn)生的主要幾個(gè)部分有刀具夾頭本身是否有磨損，刀具夾頭和刀具的配合是否正確，夾頭和螺母里面是否清潔，還有就是在裝刀時(shí)刀具是不是伸出的太長(zhǎng)，在加高的轉(zhuǎn)速下發(fā)生刀擺等。因此在進(jìn)行裝刀的過(guò)程中一定要仔細(xì)檢查，不要疏忽每一個(gè)細(xì)節(jié)，以免產(chǎn)品報(bào)廢。

5總結(jié)

本次設(shè)計(jì)方案主要是針對(duì)曲面樣件戒指的數(shù)控加工設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，為曲面樣件的加工提供一種新的研究思路，同時(shí)也為精密加工提供一些依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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作者：段閃閃 劉曉光 單位：商丘工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院