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摘要：以曲面樣件戒指為主要研究對象進行工藝分析設計。在研究的過程中運用了數控加工技術，對戒指的外觀和結構進行了詳細的分析，且針對該產品設計了相應的加工工藝方案。從工序的安排、機床及配件的選定、毛坯的選定、裝夾的方案、刀具的選擇最終確定工藝路線，最后通過進行編程仿真加工，對工藝路線進行驗證。

關鍵詞：手板；數控加工；加工工藝

引言

隨著社會的不斷發展，戒指成為當前社會很流行的一種裝飾品，但人們的審美觀也逐漸提高，對戒指的外觀、造型都有了很高的要求。因此針對人們的需求，戒指的制作也成了一項重要的行業，因為其造型獨特，外形小巧精美，結構較為復雜，因此在制作也是非常困難，而且成本也十分高昂，且制作時很難一次性形成也無法大批量生產，因此手板成為很多生產過程中必要的手段[1-3]。通常剛剛研發或設計完成的產品都是需要制作手板，手板是為了驗證產品設計時的第一步，主要是為了找出設計產品時的不足、缺陷、弊端最直接簡單有效的方式，從而對產品設計弊端和缺陷進行改善[2]，找出個別手板的不足之處。從而手板行業應運而生，為產品的質量提供了安全的保障。

1戒指樣件的結構分析

根據對產品的結構及圖紙要求，得到：（1）產品的主體部分為一個類似于圓環的形狀，由于該部分全是曲面的形狀，考慮到三軸機床加工不是太合適，因此在加工該部分時選用的是五軸機床。（2）產品的主體部分中的圓環直徑為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度和剛性，對刀具的要求較高。（3）產品的上表面為一個豹頭的圖案，因為是在一個平面內完成只用了2.5軸的命令，因此選用的是三軸機床。（4）產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，在選擇刀具時也是一個難點。（5）產品的精度要求較高，在加工圓環時要求不能出現刀紋的現象，因此加工難度較大。（6）工件整體尺寸較小，尤其是在加工圓環時，它的厚度很薄，所以在加工時容易出現變形，從而導致工件尺寸有誤差。

2工藝路線分析

2.1機床選定

通過分析可知本產品分為兩大工序，分別是三軸機床的工序和五軸機床的工序。戒指的主體部分在五軸機床上加工，然后戒指的上表面在三軸機床上加工。三軸機床的工序：首先是對工件的上表面進行銑平面，銑到指定的位置。接著是對上面的豹頭進行加工，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度和避空長度，保證其剛性。首先對其進行分層粗加工，將豹頭的大致形狀做出，再進行殘補將其余料進行去除，之后進行平行截線精加工，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。五軸機床的工序：首先是進行開粗，也為分層環切粗加工，將戒指的左右兩側分別進行開粗，將其大致輪廓做出來。然后再進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。接下來要進行的是戒指指環的部分，看似一個孔但卻不能用鉆孔的方法來制作，而是通過等高外形的方法來進行加工，并且需要在戒指的左右兩側分別加工，使其達到所要求的目的。因為該表面有陡峭部分還有平緩部分，所以要注意路徑，有的路徑會延伸出來，因此會采用到路徑裁剪或者路徑刪除方法，使路徑看起來比較好看。最后再次進行精加工，使表面的余量全部去除。為了防止表面出現接刀紋和其他刀紋，采取更小刀具進行加工，這樣就會有效地減少刀紋的出現。五軸機床和三軸機床的類型也很多，根據產品的加工精度要求，機床的行程是否滿足零件外形尺寸的要求等，選擇三軸機床為Carver400TE_AUH，選擇的五軸機床為SmartCNC500E_DRTD。

2.2毛坯選定

產品毛坯的選擇，進行毛坯的選擇時要遵循一定的原則：（1）主要能夠滿足產品的形狀、尺寸精度和表面質量的要求。（2）在考慮生產條件時，應該確定其加工的設備和技術水平，是否能夠滿足加工要求。（3）選擇毛坯時要考慮到經濟因素，成本價要大于它的實際價值。綜上考慮，戒指樣件的毛坯為一個黃銅柱體毛坯，產品外形尺寸6.3mm×6mm，長度方向預留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）根據零件圖分析，首先加工的是主體部分，該部分要在五軸機床上完成。根據毛坯的外觀形狀，使用零點快換夾具，主要是結構更加簡單，定位精度更高，可根據工件大小，自由組合使用。（2）根據零件圖分析，第二次加工的是平面部分，該部分要在三軸機床上完成。加工這部分時要根據工件的形狀進行仿形夾具設計[4]，設計的仿形工裝夾具如圖2所示。

3數控加工

3.1五軸加工

首先采用2mm的牛鼻刀，運用分層環切粗加工的方法進行整體輪廓的粗加工，這一步可以設置刀具的吃刀深度大一些，進給速度大一些，可以縮短加工時間[5]。然后用2的球頭刀采用導動面加工進行戒指整體輪廓的精加工，之后指環部分采用2mm和1mm的球頭刀利用等高外形加工方法加工出來，這部分是曲面加工需要建立坐標系分別對戒指兩側進行加工，最后進行采用4mm的平底刀切斷，進行三軸平面加工。

3.2三軸加工

五軸加工將零件的大體做出來，首先需要對戒指的外輪廓進行加工，分為粗加工和精加工，在加工時都采用4mm的平底刀，在進行粗加工時可以使刀具的吃刀量大一些，加工的速度慢一些，精加工時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。之后對戒指表面上豹頭進行加工，因為上面豹頭的紋路較為復雜。首先采用錐度15°的牛鼻刀開粗，將豹頭的大致紋路做出來，接下來用錐度10°平底刀進行殘料補加工，為的是上一步開粗沒有加工到的部位進行再次加工，避免在精加工時導致刀具發生斷刀的現象，最后采用錐度5°的平底刀進行精加工，加工出豹頭圖文。最后用1mm的球頭刀對戒指側邊的圓弧進行等高外形加工，加工出滿足要求的成品。

4加工難點及解決方法

4.1有效避免戒指圓環上的震刀紋和彈刀的現象

首先是震刀紋，震刀紋產生的原因主要有溫差、Z軸方向的長度不統一、相同區域重復走刀、刀具磨損等原因，因此加工前需要充分暖機使主軸熱伸長穩定；在進行局部的精加工或者清角時可以采用比原來更小的刀具來進行加工；盡量快點完成縮短加工時間。彈刀的避免主要是吃刀量的問題，不要一次性走完，而是要將余量分幾次走完，避免彈刀過切在精加工時不能將其修正[6-7]。

4.2刀具在加工時徑向跳動要有效減小

首先應該了解刀具徑向跳動的原因，因為刀具的中心位置和機床主軸的旋轉中心位置不在同一條直線上，因此產生了徑向跳動。產生的主要幾個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，還有就是在裝刀時刀具是不是伸出的太長，在加高的轉速下發生刀擺等。因此在進行裝刀的過程中一定要仔細檢查，不要疏忽每一個細節，以免產品報廢。

5總結

本次設計方案主要是針對曲面樣件戒指的數控加工設計進行簡單分析，為曲面樣件的加工提供一種新的研究思路，同時也為精密加工提供一些依據。

參考文獻：

[1]崔歡歡.淺談數控機床的發展趨勢及主要問題[J].山東工業技術,2018(07):3.

[2]楊建武.國內外數控技術的發展現狀與趨勢[J].制造技術與機床,2008(12):57-62.

[3]袁慧娟.現代機械制造工藝與精密加工技術的研究[J].現代制造技術與裝備,2018(11):7-8.

[4]張美蕓.淺談機械工程的夾具設計[J].湖北農機化,2019(04):44.

[5]袁美榮,李懷為，廖治凱.數控加工系統中刀具的合理選擇[J].機械工人（冷加工）,2007(07):43-45.

[6]嚴婷婷.數控加工工藝標準化分析[J].機電工程技術,2018,47(01):110-113.

[7]葉振弘.基于CNC技術的手板模型制作研究[D].杭州：浙江工業大學,2007.

作者：段閃閃 劉曉光 單位：商丘工學院機械工程學院