數(shù)控車削軸類零件常出現(xiàn)質(zhì)量問題研究及改進措施
——以FANUC0i-Mate TB系統(tǒng)為例

張浩峰，蘇兆興

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，安徽 淮北 235000)

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數(shù)控車削軸類零件常出現(xiàn)質(zhì)量問題研究及改進措施
——以FANUC0i-Mate TB系統(tǒng)為例

張浩峰，蘇兆興

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，安徽 淮北 235000)

數(shù)控車削軸類零件是機械加工常見的加工方法，但在加工過程中常會出現(xiàn)些質(zhì)量問題，如零件圓弧處和理想尺寸有差異及斷面粗糙度不一致等現(xiàn)象。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致以上問題出現(xiàn)的原因，主要由于在編程過程中考慮的固定刀位點和實際加工中刀尖位置變化不吻合，沒有充分考慮斷面的不同切削直徑與其切削線速度不一致而導(dǎo)致粗糙度不一致。針對以上原因分別采取刀具補償指令進行相應(yīng)的設(shè)置及采用最大線速度指令進行約束，可以很好地解決以上問題。

數(shù)控車削；質(zhì)量問題；研究；措施

軸類零件是機器中最重要的零件之一，它通常用于支撐傳動及傳遞扭矩，軸類零件結(jié)構(gòu)特點是其長度大于直徑，加工表面通常有圓柱面、圓錐面圓弧面、螺紋、溝槽等。其精度要求一般要求如下：尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度等[1]。下面就典型軸類零件加工為例探究數(shù)控車削軸類零件(見圖1)出現(xiàn)的問題及改進措施.

圖1 典型軸類零件圖

1 典型軸類零件加工程序 [2]

以FANUC0i-Mate TB為例編程

O0701

N010 G54G21G97G99 車端面

N020 T0101M03S800M08

N030 G00X100Z150

N040 G00X40.5Z2

N050 G01Z0F0.1

N060 X-0.5

…… 粗車外輪廓

N250 S1200T0202 精車外輪廓

N260 G00X40.5Z2

N270 G70P90Q190

N280 Z-31

N290 G01X29.94F0.1

N300 G02X29.94Z-46R15

N310 G01X32

N320 G00X100Z150

……

…… 切槽

…… 螺紋加工

…… 切斷

(調(diào)頭裝夾φ30mm外圓面)

O1701

N010 G54G21G97G99 加工總長

N020 G00X100Z150

N030 T0202 M03S800M08

N040 G00X40.5Z2

N050 G01Z0F0.1

N060 X-0.5

N070 G00X100Z150M09

N080 T0200

N090 M30

2 加工后零件出現(xiàn)的質(zhì)量問題及產(chǎn)生原因

2.1 零件圓弧面、錐面及倒角不符合要求

2.1.1 實際輪廓尺寸和理想尺寸差異見圖2

圖2 工件實際輪廓和理想尺寸

2.1.2 產(chǎn)生原因

由于實際加工刀具刀尖都有圓弧，所以真實加工時在刀具執(zhí)行程序時會出現(xiàn)誤差，從而影響加工精度。如圖3所示，在對刀和編程時，都是以假象的刀尖作為參照的，而假象的刀尖是不存在的，所以加工中刀具和工件的接觸點是不斷變化的，當(dāng)車削圓柱面及端面時，刀尖圓弧則不會影響形狀及尺寸精度；但當(dāng)車削錐面或者圓弧面，則會由于刀位點不斷變化從而出現(xiàn)過切或者欠切現(xiàn)象，從而影響加工精度。如圖4所示

圖3 假想刀尖點 圖4 到位點不同切削位置的影響

2.2 零件端面表面粗糙度不符合技術(shù)要求

2.2.1 零件的端面粗糙度沒有達到Ra1.6um

2.2.2 產(chǎn)生原因

由于編程中主軸的轉(zhuǎn)速選用S為800r/min，加工端面時，由于V=W*R,隨著端面不同直徑的各點線速度不同，所以導(dǎo)致端面加工質(zhì)量不一致，不能達到該零件的粗糙度要求。

3 改進措施

3.1 編程中使用刀具半徑補償指令G40，G42/G42

從圖4a可以看出，當(dāng)加工圓柱面和端面時，車削方向只沿X或Z單一方向移動，實際刀尖位置沒有變化，并且和假想刀尖重合，不會出現(xiàn)過切和欠切現(xiàn)象。當(dāng)切削圓錐面時,雖然實際刀尖位置不變，但其坐標(biāo)與假想刀尖不重合；當(dāng)切削圓弧面時，刀尖位置不斷變化(如圖4b所示)。雖然在車削過程中實際刀尖的位置隨著切削面不同而不同，但是實際刀尖的位置到刀尖圓弧中心的距離一定，同為刀尖圓弧半徑，所以加工實際軌跡就是理想軌跡的等距線，按刀尖半徑進行補償，這樣就會和理想軌跡重合，正確地加工出零件的實際輪廓[3]。

3.1.1 刀具半徑補償指令G40，G41/G42

G40，G41/G42代碼和T代碼指定的刀尖圓弧補償號，加入或者取消半徑補償。G41為刀具半徑左補償，G42為刀具右補償，G40為取消刀具半徑補償。正確的判斷左補償和右補償對以上程序進行修改，只需修改N260和N320程序段：

…

N260 G41 G0 X40.5Z2.

…

N320 G40 G0 X100.Z150.

…

整個補償分三步：

(1)N260程序段建立刀補，刀具中心由與編程軌跡重合到偏離一個刀尖圓弧半徑的過程。

(2)N270～N 310程序段執(zhí)行G41指令。

(3)N320段取消刀補，應(yīng)在刀具加工完零件輪廓后進行。

3.1.2 刀具半徑補償?shù)脑O(shè)置

在使用G41/G42指令時，需要設(shè)置刀具圓弧補償?shù)南嚓P(guān)參數(shù)R(半徑補償量)和(刀尖方位號)，對于后置刀架外圓車刀刀尖方位號為3。具體設(shè)置參照圖4，進入刀具補償設(shè)置窗口，選擇需要半徑補償?shù)牡毒咛枺训都鈭A弧補償值輸入，然后檢查刀尖方位號是否和所選刀具類型相符，如不相符，可將光標(biāo)移動到編輯區(qū)進行調(diào)整。

圖4 刀具補償設(shè)置窗口

3.2 采用恒定線速度指令G96

采用G96指令生效后，主軸的轉(zhuǎn)速將會隨著端面切削直徑的變化而變化，從而保證恒線速度切削，如圖5所示不同切削直徑轉(zhuǎn)速的變化情況，采用恒線速切削的表面質(zhì)量較高，零件的表面粗糙度趨于一致。設(shè)定恒線速度包括設(shè)定S下的轉(zhuǎn)速值m/min，和考慮當(dāng)切削直徑接近于零時，主軸轉(zhuǎn)速會理論上趨于無窮大，所以為保證安全不飛車，一般用G50對主軸轉(zhuǎn)速加以限制。采用G96對程序進行優(yōu)化，對于調(diào)制鋼，切削深度0.3mm，進給量0.1mm/r，切削速度選100m/min[4]，主軸最大轉(zhuǎn)速Smax=2500r/min，取S=2000 r/min(Smax80%)，優(yōu)化程序如下：

O XXX

N020 G0X100Z150;

N030 T0202 M4S800M08;

N035 G96S100G50S2000;

N040 G0X40.5Z2;

N050 G1Z0F0.1;

N060 X-0.5;

N070 G0X100Z150;

N075 G97;

N080 M30;

圖5 恒線速轉(zhuǎn)速變化

4 結(jié)論

通過對刀尖圓弧半徑用G41/G42指令進行補償，解決了實際加工中刀具會對所加工表面出現(xiàn)過切和欠切的問題，從而保證零件的圓弧面、錐面、球面的形狀精度；采用恒線速G96對端面切削速度進行約束，從而保證了不同切削直徑端面粗糙度的一致性。

[1]靜恩鶴.車削刀具技術(shù)及應(yīng)用實例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006:83-84.

[2]彼得·私密德，羅科學(xué)等譯.數(shù)控編程手冊(第二版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]李正峰.數(shù)控加工工藝[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2004:78.

[4]任東.數(shù)控車床操作指南[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2005:31.

Research and Improvement Measures for Quality Problems of NC Turning Shaft Parts — A Case Study of TB FANUC0i-Mate System

ZHANG Hao-feng, SU Zhao-xing

(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Huaibei Vocational and Technical College, Huaibei Anhui 235000, China)

CNC turning shaft parts processing method for machining is quite common, but there are some quality problems in the process, such as part arc and differences from the ideal size and surface roughness and inconsistencies. It is found after study that the cause of the above problems mainly is due to inconsistency between the fixed cutter tip position considered in the programming process and the actual processing changes; in addition, the roughness inconsistency caused by different cutting line speed of cutting diameter section has not been fully considered. In view of the above causes, to take corresponding compensation instruction tool set and to use maximum line speed command constraints can well resolve those problems.

NC turning; quality problem; research; measures

2016-06-13

淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)團隊項目(20131)；安徽省質(zhì)量工程項目(2014jyxm502)

張浩峰(1973-)，男，安徽濉溪縣人，講師、工程師，碩士，研究方向為機械制造及自動化。

TH16

A

1674-344X(2016)08-0025-03