卷烟机滚轮加工工艺研究

摘要：以某卷烟机滚轮实际生产为例，在分析了卷烟机滚轮结构、加工工艺、刀具选择和夹具设计的基础上，利用UGNX软件进行了卷烟机滚轮的粗加工、半精加工和精加工设计，介绍了其加工步骤、五轴定轴加工的参数和轨迹，可为同类产品的加工提供有益参考。

关键词：UGNX软件；卷烟机滚轮；多轴加工；加工工艺

从航空航天超级工程到医疗器械等精密制造领域，都需要使用先进的多轴加工技术，它是一项集高效、优质、低耗于一体的先进制造技术，能起到提高产品质量、大幅度降低成本、缩短生产周期的作用，使产品在市场竞争中获取显著优势。在我校与某公司的合作生产项目中，需要加工一批卷烟机滚轮，图1为卷烟机滚轮的立体图，图2为卷烟机滚轮实物图。该零件加工采用的材料为进口7075铝合金，坯料为准300mm×210mm的圆铝管棒，生产总量为100件，工时1个月，属定期小批量生产。

1卷烟机滚轮加工工艺要求

从结构上来看，卷烟机滚轮是典型的车铣复合零件，主要加工位置为径向侧面。由于其为卷烟机设备的传动核心部件，工作转速高，旋转运动时需要保持平衡，因此对零件本身的精度和质量有一定的要求，其中径向侧面的加工质量将直接影响其工作性能，特别是其相对应的两个侧面对位置精度有要求。经分析，本零件大部分的尺寸精度不是特别高，只有12个侧面与中心的距离有132.8150-0.02mm的尺寸公差要求，如图3所示，同时各对应的平面具有较高的平面度要求，表面精度要求达到Ra1.6。

2卷烟机滚轮的加工工艺方案

经分析，该零件的加工难点是各径向侧面的加工，并且该零件具有较多的孔系加工，相应的直径深度也有一定的尺寸精度和位置精度要求。若使用普通加工中心进行加工，多次装夹不但增加工装难度，又不能保证加工的定位精度，因此为了保证卷烟机滚轮的整体精度，在加工时应尽量减少装夹次数，同时在加工过程中不仅要保证各表面的加工轨迹能够满足几何准确性要求，还要在实际加工中注意轨迹规划，以保证加工质量。根据卷烟机滚轮加工工艺要求，对零件进行以下加工工序安排：在数控车床（普通车床）进行管棒料到毛坯的粗加工，然后考虑在学校的五轴加工中心进行半精加工和精加工，利用其效率高、精度高的特点，工件一次装夹就可完成多个侧面的加工，从而达到较高的尺寸精度和位置精度。具体工艺方案如下：工序1：在数控车床上加工卷烟机滚轮准175.85mm、准200mm的台阶孔和准240mm的内孔、准275mm的外圆以及两个端面，如图4所示。图5工序2加工示意图工序2：在五轴机床上粗精加工12个侧面和小侧面、侧面上的孔加工成准12mm通孔，如图5所示。工序3：在五轴机床上精加工上端面内槽孔和凸缘。工序4：在五轴机床上钻削上端面的孔系。工序5：在五轴机床上加工径向侧面的小槽并进行倒角，如图6所示。工序6：在五轴机床上加工上端面的开口槽，如图7所示。

3卷烟机滚轮加工专用夹具的设计

本专用夹具在五轴加工机床的工序中使用，用于加工卷烟机滚轮，图8为专用夹具的模型图，图9为该工序零件的装夹。设计时以卷烟机滚轮的准153.5mm内孔轴线和底面为定位面，限制工件的4个自由度（x軆、y軆、x軆、y軆），以3个准5mm工艺孔来定位限制工件的z軆转动自由度，再在夹具上表面设计一个M10螺纹孔，用螺钉拧紧后限制工件的z軆移动自由度。夹具的尺寸设计主要考虑准153.5mm圆柱的精度和高度、定位销柱以及夹具总高度尺寸。卷烟机滚轮放在本夹具上，准153.5mm内槽与夹具中上的圆柱需要间隙配合，已知工件内槽圆极限偏差为0+0.1，尺寸公差等级为D9，经查手册，夹具上准153.5mm的圆柱尺寸公差等级应选为h9，极限偏差为-0.040.01。夹具配合圆台高度可紧贴工件准153.5mm槽顶面，卷烟机滚轮底面准153.5mm内圆槽深为23mm，考虑到螺钉压板安装的紧固问题，圆柱高度要小于槽深，尺寸为22.5mm。为防止加工中发生碰撞，夹具的高度主要考虑五轴机床主轴头的最大半径和夹具下端压板螺栓的高度，夹具的高度要大于两者之和。加工该卷烟机滚轮采用的五轴机床是哈挺XR-600五轴加工中心，主轴头的最大半径是125mm，因此将夹具的高度尺寸设计为250mm。

4卷烟机滚轮五轴机床主要加工刀路的编制

4.1上端面加工。平面铣削，刀轴为+Z轴方向，刀路如图10所示。4.1.1上端面半精加工选择直径为D80的直柄盘铣刀，进给率设置为800mm/min，主轴转速为3000r/min。切削走刀方式设定为轮廓加工，选择沿外形圆弧入刀，部件余量0.5mm。4.1.2凸缘粗加工+半精加工选择直径为D80的直柄盘铣刀，进给率设置为800mm/min，主轴转速为3000r/min。切削走刀方式设定为轮廓加工，选择沿外形圆弧入刀，直接加工底面，部件余量0.5mm，底面余量2mm（半精加工为0mm）。4.2径向侧面粗加工。平面轮廓铣，刀轴垂直于底面，刀路如图11所示。4.2.1大侧面半精加工。选择直径为D80的直柄盘铣刀，进给率设置为400mm/min，主轴转速为2800r/min。切削走刀方式设定为轮廓加工，选择沿外形线性入刀，仅底面加工，留部件余量0.5mm，底面余量0.5mm。4.2.2小侧面半粗加工。选择直径为D80的直柄盘铣刀，进给率设置为800mm/min，主轴转速为3000r/min。切削走刀方式设定为轮廓加工，选择沿外形线性入刀，仅底面加工，部件余量和底面余量均为0mm。4.2.3大侧面精加工。选择直径为D80的直柄盘铣刀，进给率设置为800mm/min，主轴转速为3000r/min。切削走刀方式设定为轮廓加工，选择沿外形线性入刀，仅底面加工，部件余量和底面余量均为0mm。4.3径向孔系粗加工。断屑钻，刀轴垂直于部件表面。4.3.1径向孔系中心孔加工。选择直径为D6的中心钻，进给率设置为100mm/min，主轴转速为8000r/min。钻削深度为3mm。4.3.2径向孔系钻削加工。选择直径为D8的钻头，进给率设置为100mm/min，主轴转速为1500r/min。钻削深度为模型深度，通孔距离3mm。4.4侧面方槽加工。平面轮廓铣，刀轴垂直于底面，刀路如图12所示。4.4.1侧面方槽半精加工。选择直径为D10的直柄立铣刀，进给率设置为3500mm/min，主轴转速为8800r/min。切削走刀方式设定为轮廓加工，从内向外选择沿形状斜入刀，斜坡角2°，分层加工，每层1mm，留部件余量0.1mm。4.4.2侧面方槽精加工。选择直径为D10的直柄立铣刀，进给率设置为1800mm/min，主轴转速为9500r/min。切削走刀方式设定为轮廓加工，从内向外选择沿形状圆弧入刀，仅底面加工，部件余量和底面余量均为0mm。

5结语

本文通过对卷烟机滚轮实际生产的多轴加工方法及工艺进行研究，证明了五轴数控加工方式效率高、精度高，工件一次装夹就可完成多个方向的加工，并能实现较高的表面光洁度和尺寸精度，特别是当径向侧面具有较高的尺寸和位置精度要求时，可以通过一次装夹、对称加工的方式满足加工工艺要求。另外通过UGNX软件实现CAD/CAM一体化解决方案，并利用圆周阵列的方式，可方便实现沿某一旋转轴线的相同轮廓刀路编制，简化编程操作。经实际生产验证，本加工工艺可以有效提高零件的生产效率和精度。

［参考文献］

[1]薛源顺.机床夹具设计[M].北京：机械工业出版社，2017.

[2]詹建新，彭承意，张鹏飞，等.UG10.0造型设计、模具设计与数控编程实例精讲[M].北京：清华大学出版社，2017.

[3]陆启建，褚辉生.高速切削与五轴联动加工技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

作者:刘毅 单位:广州市高级技工学校