軸類零件數(shù)控加工工藝分析與編程*

盧小燕

(廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510925)

0 引言

數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一[1]，數(shù)控車床與普通車床一樣主要用于加工軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件。普通車削加工的零件質(zhì)量和效率很大程度是由操作者的經(jīng)驗(yàn)來決定的，而數(shù)控車削加工是按照已經(jīng)編好的程序加工零件，高質(zhì)量的數(shù)控程序決定著零件的加工質(zhì)量和加工效率，這是因?yàn)閿?shù)控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括刀具切削用量的確定、走刀路線等工藝信息。本文以一個(gè)軸類零件為例，對其數(shù)控加工工藝進(jìn)行了分析和編程。

1 零件圖紙分析

圖1為軸類零件的零件圖。已知該零件的毛坯為Φ30 mm的鋁合金，要求在FANUC0i系統(tǒng)數(shù)控車床上加工M10×1的外螺紋、寬3 mm的退刀槽、Φ15 mm的圓柱面、R7.5的凹圓面、大端Φ20 mm總長11 mm的圓錐面、R12.5的凸圓面、Φ24 mm的圓柱面。Φ24 mm的圓柱面尺寸公差為上偏差+0.021 mm、下偏差0。該工件Φ24 mm的圓柱面、Φ15 mm的圓柱面的表面粗糙度均為Ra3.2 μm，R12.5的圓弧面的表面粗糙度為Ra6.3 μm，其他表面粗糙度為Ra12.5 μm，加工中需要安排粗車加工和精車加工。

圖1 軸類零件

2 確定加工工藝

2.1 工件的裝夾與定位

該零件裝夾選用通用三爪自定心卡盤夾持零件的毛坯外圓，工件在裝夾時(shí)夾緊力應(yīng)適中，夾緊力太大容易夾傷工件，夾緊力不夠又會(huì)造成加工過程中工件松動(dòng)，零件伸出的長度應(yīng)考慮機(jī)床的限位距離(機(jī)床裝有限位碰塊)，零件加工總長為70 mm,所以零件伸出離卡盤端面約90 mm。

2.2 加工刀具的確定

分析零件圖，確定加工該零件需要采用90°外圓車刀、尖外圓車刀(車削成形面用的)、螺紋車刀和切斷刀。

2.3 切削用量的確定

數(shù)控車削的切削用量包括背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量。在編程之前，應(yīng)合理選擇進(jìn)給量、背吃刀量以及主軸轉(zhuǎn)速，只有這三者互相適應(yīng)，才能形成最佳的加工效果，下面以外圓車刀切削用量的選取及計(jì)算為例進(jìn)行分析。

(1) 背吃刀量的確定。結(jié)合機(jī)床系統(tǒng)剛性以及所用刀具的質(zhì)量，粗車每刀背吃刀量為3 mm。由于零件的加工精度要求較高，所以除了粗加工，還需半精加工和精加工，半精加工背吃刀量為1 mm～1.5 mm，精加工背吃刀量為0.5 mm。

(2) 主軸轉(zhuǎn)速n的確定。主軸轉(zhuǎn)速n的確定應(yīng)根據(jù)零件被加工部位的直徑以及零件的材料、刀具的材料和切削速度來確定。在生產(chǎn)中，可以根據(jù)以下公式來計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)[2]：

n=1 000vc/(πd).

其中：vc為切削速度，經(jīng)查表1并結(jié)合自身的刀具質(zhì)量取vc=60 m/min；d為工件的直徑，取工件直徑d=30 mm。分別將切削速度、工件直徑代入公式(1)，求得n≈637 r/min，取主軸轉(zhuǎn)速n=630 r/min。

表1 刀具切削參數(shù)表

(3) 進(jìn)給量的確定。進(jìn)給量的大小直接影響零件表面粗糙度值和加工效率，在保證零件表面質(zhì)量的前提下，結(jié)合刀具、零件材料，查閱切削用量手冊選取進(jìn)給量為0.3 mm/r。

2.4 位置點(diǎn)

在編程時(shí)應(yīng)選擇合適的工件零點(diǎn)和換刀點(diǎn)。

(1) 工件零點(diǎn)。為了滿足編程簡單、尺寸換算少、引起的加工誤差小等條件，該零件的工件坐標(biāo)原點(diǎn)和程序原點(diǎn)應(yīng)放在工件的右端面中心。

(2) 換刀點(diǎn)。為防止在換刀時(shí)刀具與工件或尾座碰撞及為了節(jié)約移動(dòng)換刀時(shí)間，換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在(X100，Z100)的位置上。

2.5 車削方式的設(shè)計(jì)

(1) 用G94(端面切削循環(huán)指令)平端面。

(2) 用G71(內(nèi)、外徑粗車復(fù)合循環(huán)指令)按圖2 G71加工路線圖所示粗車零件輪廓各部位。

(3) 結(jié)合用G01、G02、G03對零件輪廓進(jìn)行連續(xù)精車。

(4) 用G92(螺紋切削循環(huán)指令)加工M10×1的螺紋。

圖2 G71加工路線圖

3 程序的編制

首先調(diào)用1號外圓車刀粗車零件，其次調(diào)用2號尖外圓精車刀精車零件直至零件尺寸，接著調(diào)用3號外螺紋車刀加工M10×1螺紋，最后用4號切斷刀車斷工件。

軸類零件加工的參考程序如下：

O0000;

G99T0101;

M03S630;

G00X32Z2;

G94X0Z0F0.2;

G71U1.5R0.5;

G71P10Q30U0.5W0.1F0.3;

N10G00X7.8;

N12G01Z0;

N14X9.8Z-1;

N16Z-15;

N18X13;

N20X15Z-16;

N22Z-35;

N24X20Z-46;

N26G03X28Z-55R12.5F0.2;

N30G01Z-70;

G00X100Z100;

T0404;

M03S500;

G00X32Z2;

Z-66;

G94X24.5Z-66F0.1;

Z-69;

Z-72;

Z-75;

G00X100Z100;

T0202;

M03S630;

G00X17Z2;

Z-10.5;

G01X12F0.5;

X9Z-12F0.2;

Z-15;

X16F0.5;

Z-25F1.;

G02Z-35R7.5F0.2;

G00X32;

Z-55;

G01X28.5Z-55F0.2;

G03X24.5Z-62R12.5F0.2

G01X32F0.8;

G00Z2;

G01X5.8Z1F0.5

X9.8Z-1F0.12;

Z-10.5;

X8Z-12;

Z-15;

X13;

X15Z-16;

Z-25;

G02Z-35R7.5;

G01X20Z-46;

G03X24Z-62R12.5;

G01Z-74.5;

X32F1;

G00X100Z100;

T0303;

M03S500;

G00X13Z2;

G92X9.2Z-12.5F1;

X8.9;

X8.8;

X8.7;

X8.65;

X8.65;

G00X100Z100;

M05;

M00;

T0404;

M03S500;

G00X32Z2;

Z-74.5;

G01X26F0.2;

X22F0.1;

X26F1.;

Z-73.5;

X24F0.2;

X22Z-74.5F0.1;

X0;

X32F1;

G00X100Z100;

M05

M30

4 結(jié)語

制定加工工藝是數(shù)控車削的前期準(zhǔn)備工作，工藝制定得是否合理，對零件的加工質(zhì)量和機(jī)床的加工效率都有很大的影響。因此，遵守工藝原則，結(jié)合數(shù)控車床的加工特點(diǎn)，制定好零件的數(shù)控車削加工工藝是加工出合格零件的保證。