3-62  球面沟槽多轴联动铣削的加工

周茂书  岳晓斌  王宝瑞

本项研究是针对球面沟槽的铣削加工进行研究。球面沟槽共有a ，b ，g ，q 四种构型，均为球面向心等深槽，呈网络分布。该项研究基于五轴联动加工中心进行了球面沟槽铣削加工的研究。通过仔细分析图纸，攻克了难点，根据空间几何关系进行计算，推导出了a槽、b 槽以及g 槽等与向心角q 和水平角w 之间的几何关系式，以及在加工运动过程中，随着q 角的变化，机床坐标轴y、z与q 角的几何关系式。a 槽关系式sinq = sina /sinj ，b 槽关系式sinq = sinb /sin(72-j) ，g 槽关系式sing =sin31.717 5 cosq + cos31.717 5sinqcos(144+j)。

假设工件球心与两回转台轴线在y , z方向的偏心距离为a , b，则随着q 角的变化，工件球心与原设定的工件坐标系原点在y , z 方向的位移量为 y = a (1-cosq ) - bsinq ，z = a sinq  - b (1-cosq )。

数控加工程序中采用了参数化编程方式，将4种槽编成4个通用宏程序（子程序），在主程序中a 槽（b 槽或g 槽）只需给出起始和终止位置的w 、q 角及a 槽的角度（b 槽的角度或g 槽的角度）即可，q 槽只需给出起始和终止位置的w 和q 角即可，然后调用相应槽的子程序，加工中采取五轴四联动的方式来完成槽的加工。根据加工的需要，设计了相应的工装，包括筒胎、定位盘等，考虑到机床两回转台的偏心布局，将筒胎的高度设计为180 mm，这是考虑到摆轴翻转起来后，主轴箱能安全下降，保证加工安全。另外根据工件材料和沟槽尺寸要求，综合考虑刀具刚性及刀柄夹持长度的需求，设计了适合球面沟槽铣削加工的立铣刀。切削刃部根据槽的尺寸要求进行设计，其余部分设计成f 3 mm´34 mm以增加刀具刚性。该项研究完成了加工程序的编制，并应用于实际产品的加工，沟槽加工质量稳定，一致性好，槽深和槽宽均在公差范围内，表面粗糙度为1.6以上（图纸要求表面粗糙度为6.3），生产效率与以往加工方法相比提高近1倍。