數(shù)控車床公式曲線類工件精密加工技術(shù)

余遠(yuǎn)杰

摘要：數(shù)控車床可實(shí)現(xiàn)對(duì)公式曲線類工件的精密加工，但其技術(shù)難度較大，對(duì)其展開研究十分必要。本文結(jié)合某矯直輥工件，對(duì)其加工技術(shù)進(jìn)行了分析和介紹，并提出了避免振刀的措施，旨在為類似工件的精密加工提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；公式曲線；加工技術(shù)

0引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)工業(yè)取得了極大的進(jìn)步，公式曲線類工件的應(yīng)用也越來越多，如把手、子彈頭、矯直輥等。公式曲線類工件對(duì)精度的要求答，在公式曲線類工件精密加工中，數(shù)控車床具有獨(dú)特的優(yōu)越性，但其加工技術(shù)難度較大，并且容易出現(xiàn)振刀現(xiàn)象。如何解決上述問題成為當(dāng)前公式曲線類工件精密加工制造業(yè)面臨的重要問題。

1加工前的準(zhǔn)備

矯直輥工件圖如圖1所示，其輥型曲線為典型的公式曲線。矯直輥輥型曲面的加工工藝流程為：粗車留余量、表面熱處理、精車成形。精車具體加工思路為：采用一夾一頂裝夾方式，工件固定在心軸上，心軸一端用四爪卡盤夾緊、找正心軸，心軸另一端用尾座頂尖頂緊；然后分別精車輥形曲面、加工兩端R15mm圓角。筆者采取多項(xiàng)技術(shù)措施，用802D系統(tǒng)數(shù)控車床很好地完成了該工件的加工。現(xiàn)將具體實(shí)施過程進(jìn)行整理總結(jié)。

2程序設(shè)計(jì)

2.1輥型曲面加工程序設(shè)計(jì)

假想刀尖方位代號(hào)設(shè)定為8mm，車刀可供選擇的假想刀尖方位如圖2所示，刀尖圓弧半徑為R2mm。以下輥型曲面加工程序?yàn)槠渚庸こ绦?，可以通過在刀具補(bǔ)償頁內(nèi)修改刀具X向長(zhǎng)度補(bǔ)償值的辦法進(jìn)行半精加工、精加工，進(jìn)而保證工件尺寸精度。

輥型曲面加工程序如下：

JZG（程序名）

R1=164.29（輥型曲線X向起點(diǎn)）

R2=120（輥型曲線Z向起點(diǎn)）

R3=15（倒圓角半徑值）

R4=58.5（輥型曲線方程R0參數(shù)值）

R5=20（輥型曲線方程r0參數(shù)值）

R6=33（輥型曲線方程α0參數(shù)值）

R7=0.1（力Nq-步距值）

T1D1（選擇刀具及刀補(bǔ)）

M03S120（設(shè)定主軸轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速）

G64（選擇連續(xù)路徑加工模式）

G00X=R1+6Z=R2+R3+3（快速定位到加工起點(diǎn)）

G00G42X=R1（X向進(jìn)刀、刀具半徑補(bǔ)償生效）

G01Z=R2F0.3（右端外圓加工）

R8=R2（自變量z賦初值）

ST：（程序跳轉(zhuǎn)標(biāo)記符）

R9=（R4+RS）*（R4+R5）

R10=RS*R8

R11=SIN（R6）*SIN（R6）

R12=SQRT（R9+R10*R11）-R5（輥型曲線參數(shù)方程）

R13=R12*2（輥型曲線X向坐標(biāo)切換為直徑值）

G01X=R13Z=R8（輥型曲面加工）

R8=R8-R7（自變量z值遞減）

IFR8>=-R2GOTOST（判斷輥型曲面是否加工完成）

G01Z-（R2+R3+3）（左端外圓加工）

G00G40X=R1+6（X向退刀、刀具半徑補(bǔ)償取消）

Z=R2+R3+3（Z向退刀）

M05（主軸停轉(zhuǎn)）

M30（程序結(jié)束）

2.2圓角加工程序設(shè)計(jì)

加工程序原點(diǎn)如圖5所示，假想刀尖方位設(shè)定為3，刀尖圓弧半徑為R2mm。一個(gè)倒圓角加工循環(huán)走刀路線及刀尖圓弧半徑補(bǔ)償情況如圖3所示。條件設(shè)定及加工程序?yàn)橛叶说箞A角情況。左端倒圓角時(shí)，工件掉頭裝夾，其它情況不變。

圓角加工程序如下：

JZGR（程序名）

R1=164.29（倒圓角圓柱端面的直徑值）

R2=135（倒圓角圓柱端面的z向起點(diǎn)）

R3=15（圓角半徑值）

R4=1（圓角半徑初始值）

R5=1（加工步距值）

T2D1（選擇刀具及刀補(bǔ)）

M03S120（設(shè)定主軸轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速）

G00X=R1+6Z=R2+3（加工循環(huán)起點(diǎn)）

ST：（程序跳轉(zhuǎn)標(biāo)記符）

G00X=R1-R4*2-6（加工起始點(diǎn)）

G01G42Z=R2F0.3（Z向進(jìn)刀、刀具半徑補(bǔ)償生效）

X=R1-k4*2（進(jìn)給至圓角起點(diǎn)）

G03X=R1Z=R2-R4I0K=-R4（圓角加工）

G01Z=R2-R4-3（加工終止點(diǎn)）

G01G40X=R1+6（X向退刀、刀具半徑補(bǔ)償取消）

G00Z=R2+3（Z向退刀）

R4=R4+R5（圓角半徑遞增）

IFR4<=R3 GOTO ST（判斷圓角是否加工完成）

M05（主軸停轉(zhuǎn)）

M30（程序結(jié)束）

2.3關(guān)于程序設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)說明

（1）關(guān)于程序原點(diǎn)程序原點(diǎn)一般選擇工件的對(duì)稱中心，以簡(jiǎn)化編程；或者工件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)上，以使加工引起的誤差最小。該工件程序原點(diǎn)的設(shè)定如圖5所示。

（2）關(guān)于G64指令G64指令為連續(xù)路徑加工模式，不同數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床都有該加工模式，G64指令具有速度前瞻功能，控制系統(tǒng)預(yù)先確定幾個(gè)NC程序段的速度，并使其盡可能地以相同的速度運(yùn)行，避免不斷加速、減速。為保證曲面的輥形精度，z軸進(jìn)給步距設(shè)定非常小，為0.1mm。使用G64指令，有效避免了從一個(gè)程序段到下一個(gè)程序段的進(jìn)給頓挫，保證加工順暢。

（3）關(guān)于刀尖圓弧半徑補(bǔ)償為了避免出現(xiàn)過切或欠切現(xiàn)象，保證工件加工精度，數(shù)控車床刀尖圓弧半徑補(bǔ)償應(yīng)注意以下五點(diǎn)：①必須正確地選擇假想刀尖方位并在刀具補(bǔ)償頁內(nèi)輸入刀具的假想刀尖位置號(hào)碼。車刀可供選擇的假想刀尖方位有9種，如圖6所示，其中箭頭表示刀尖方向，“O”表示刀位點(diǎn)，“+”表示刀尖圓弧圓心。②必須在刀具補(bǔ)償頁內(nèi)輸入刀具的刀尖圓弧半徑值。③加工過程中，進(jìn)刀線和退刀線的長(zhǎng)度必須大于刀具刀尖圓弧的半徑。④不要在工件輪廓線上進(jìn)行刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)慕⒑腿∠詈迷诠ぜ喞€以外進(jìn)行。⑤刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令G41/G42與G40必須跟在直線段上，否則會(huì)出現(xiàn)語法錯(cuò)誤。

（4）關(guān)于R參數(shù)編程（宏程序）數(shù)控車床R參數(shù)編程（宏程序）應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：①數(shù)控車削加工采用直徑編程，由于曲線方程的X值為半徑值，編制公式曲線的加工程序中的x坐標(biāo)值應(yīng)換算為直徑值。②程序設(shè)計(jì)盡量具有通用性。相類似的工件，只需修改相應(yīng)參數(shù)變量，即可滿足數(shù)控加工要求。這樣既縮短了編程時(shí)間又不易出錯(cuò)。本文輥型曲面加工程序適宜同一類型不同規(guī)格的矯直輥輥型曲面的加工；圓角加工程序適宜不同直徑圓柱端面上的倒圓角加工。

3避免振刀的措施

為避免工件切削過程產(chǎn)生振動(dòng)，筆者結(jié)合自己加工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了以下幾點(diǎn)：

（1）采用小圓弧半徑刀具加工。該工件筆者曾嘗試用球頭車刀一次完成輥型曲面及兩側(cè)R角的加工，但是由于球頭車刀R圓弧半徑大，切削過程中與工件表面接觸面大，加工產(chǎn)生的切削力大，加工過程中振動(dòng)明顯，發(fā)生啃刀現(xiàn)象。后改變加工工藝輥型曲面、R圓角分別用小圓弧半徑刀具加工，振刀現(xiàn)象得到很大程度的緩解。

（2）心軸由活頂尖換為死頂尖頂緊。采取該項(xiàng)措施后，振刀現(xiàn)象消失。需要注意的是，死頂尖頂工件不要頂太緊，頂尖與工件中心孔處要涂加黃油潤(rùn)滑。

（3）為避免工件加工過程中松動(dòng)，工件右端用雙螺母擰緊，如圖5所示。兩螺母在擰緊后，螺母之間產(chǎn)生的軸向力，使螺母牙與螺栓牙之間的摩擦力增大從而防止螺母自動(dòng)松脫。

4結(jié)語

綜上所述，公式曲線類工件廣泛應(yīng)用與機(jī)械工業(yè)、航空航海等領(lǐng)域中，其精密加工技術(shù)是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)重點(diǎn)研究的問題。文章對(duì)矯直輥的數(shù)控機(jī)床精密加工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，經(jīng)過加工實(shí)踐驗(yàn)證，該加工技術(shù)合理可靠，加工精密度滿足加工技術(shù)要求，其加工技術(shù)對(duì)類似工件加工具有一定的參考價(jià)值。