機械零件數(shù)控加工工藝與編程設(shè)計淺析

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摘要：數(shù)控加工是用數(shù)字信息控制零件和刀具位移的機械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復雜、精度高等問題與實現(xiàn)高效化和自動化加工的有效途徑。以一典型零件為例介紹數(shù)控加工的一般流程，包括毛坯的確定、定位基準的選擇、機床與刀具的選擇、夾具的選擇、切削用量的確定以及程序編制等，最后采用斯沃數(shù)控仿真模擬軟件進行校核驗證，以驗證其正確性。

關(guān)鍵詞：機械零件；數(shù)控加工；程序編制；仿真模擬

數(shù)控機床的工作原理是首先根據(jù)零件圖進行零件的工藝設(shè)計，包括刀具的選擇、切削用量的選擇等，然后按照數(shù)控機床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上，最后輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中指揮機床加工零件[1]。

1零件圖分析

如圖1所示，零件C06外形屬于典型的回轉(zhuǎn)體零件，不僅包含外螺紋、孔、外圓錐面等基本特征，還包括圓弧面等特征，本次加工的工藝步驟較多。該零件Φ20mm外圓及Φ26mm的孔、1∶5的錐面上表面粗糙度要求均為Ra1.6μm，表面粗糙度都要求較高。Φ46mm的外圓表面（上偏差0mm，下偏差﹣0.025mm），7級精度；Φ24mm的孔（上偏差+0.033mm，下偏差0mm），8級精度；Φ36mm的孔（上偏差+0.012mm，下偏差﹣0.012mm）、Φ20mm的孔（上偏差0mm，下偏差﹣0.033mm），8級精度，尺寸精度要求較高[2-4]。綜上所述，該零件的形狀比較復雜且零件的加工精度要求較高，所以采用數(shù)控車削的方式進行加工。

1.1毛坯確定

C06零件可根據(jù)其形狀結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及材料選用130×Φ52mm的棒料，硬度HB為160～210。

1.2定位基準選擇

針對零件C06，加工左端時選擇右端Φ52mm外圓作為粗基準，加工右端時選擇Φ46mm外圓柱段的表面作為精基準[5]。

1.3機床及刀具選擇

根據(jù)加工對象分析，選用CK6132A機床，加工C06零件所需的刀具表如表1所示。

1.4夾具的選擇

在數(shù)控車床上常見的夾具方式[6]有自定心卡盤、雙頂尖裝夾、一夾一頂裝夾及用心軸裝夾幾種方式，根據(jù)C06零件結(jié)構(gòu)形狀，選用自定心三爪卡盤。

1.5切削用量選擇

切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、進給量[7]、背吃刀量等。1.5.1主軸轉(zhuǎn)速確定。主軸轉(zhuǎn)速的確定依據(jù)零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具材料以及加工性質(zhì)等條件所允許的切削速度來確定。具體計算公式為：dVncπ0001=（1）式（1）中：n為主軸的轉(zhuǎn)速，r/min；Vc為選定的切削速度，m/min；d為工件或刀具的直徑，mm。切削速度除了計算和查表選取以外，還可以根據(jù)實踐經(jīng)驗確定。1.5.2進給量確定。進給量的選擇上文已給出選擇原則，在粗車時選用較高的進給量，以便較快去除毛坯余量，精車以考慮表面粗糙和零件精度為原則。查閱機械手冊可知，粗加工時的進給量f的取值范圍是0.38～0.13mm/r，精加工的進給量f的取值范圍是0.13～0.05mm/r，故選取粗車時一般取0.2mm/r，精車時常取0.12mm/r。鉆孔的進給量f取0.15mm/r，切槽進給量取0.1mm/r，車螺紋進給量取1.5mm/r，代入公式（1）計算可得：KPn-≤0002（2）式（2）中：P為螺距；K=80。粗加工時，Vf=f×n=0.2×700=140mm/min。精加工時，Vf=f×n=0.12×1000=120mm/min。切螺紋時，Vf=f×n=1.5×700=1050mm/min。同理可得：鉆孔時，Vf=f×n=0.15×500=75mm/min；切槽時，Vf=f×n=0.1×500=50mm/min。其中，Vf指進給速度。1.5.3背吃刀量確定。本次加工的零件C06材料為45鋼，根據(jù)查閱機械手冊，選擇外圓粗加工的背吃刀量為1mm，精加工為0.25mm。內(nèi)孔粗加工的背吃刀量為1mm，精加工為0.25mm。鉆孔的背吃刀量為10mm，切槽時背吃刀量為5mm。螺紋從0.5mm至0.1mm隨進刀次數(shù)逐漸減少，槽根據(jù)刀寬分2次進行。

1.6工藝路線擬定

C06零件工藝路線如下。使用帶鋸機下料130×Φ52mm毛坯；毛坯正火處理；三爪卡盤夾持毛坯伸出100mm，平端面見光即可；用麻花鉆鉆Φ20mm×25mm內(nèi)孔；粗車內(nèi)孔Φ24mm×20mm，留0.5mm的余量；精車內(nèi)孔Φ24mm×20mm到尺寸；粗車1∶5的外圓錐面、R5mm的圓弧、Φ46mm的外圓，留0.5mm的余量；精車1∶5的外圓錐面、R5mm的圓弧、Φ46mm的外圓至尺寸；掉頭裝夾Φ46mm的外圓表面，平端面至總長104.5mm；粗車Φ20mm外圓、R10mm半球、Φ27mm外圓、Φ36mm外圓，留0.5mm的余量；精車Φ20mm外圓、R10mm半球、Φ27mm外圓、Φ36mm外圓至尺寸；切Φ23mm×5mm退刀槽；車M27×1.5的外螺紋至尺寸，并用螺紋通止規(guī)檢查；檢驗并去毛刺，涂防銹油入庫。

2程序編制與仿真

數(shù)控編程是操作員根據(jù)工藝文件和零件圖樣的要求編制出來的，此程序可在數(shù)控機床上運行，并且可以完成規(guī)定加工任務(wù)的一系列指令[8]。針對C06零件，單件生產(chǎn)，用Φ20mm的鉆頭鉆25mm深的孔（手動鉆孔），以左端內(nèi)孔與左端外輪廓為例介紹手工編制的程序。

2.1左端內(nèi)輪廓數(shù)控加工程序

根據(jù)圖1編寫零件C06左端內(nèi)孔程序，如表2所示。

2.2左端外輪廓數(shù)控加工程序

根據(jù)圖1編寫左端外輪廓數(shù)控加工程序，如表3所示。采用斯沃數(shù)控仿真模擬軟件，將編寫好的程序輸入，通過程序校驗，圖2所示為驗證零件C06左端外輪廓模擬加工走刀路線[9]。斯沃仿真流程如下：①開機并回零；②新建程序，將編寫的左端外輪廓程序、左端內(nèi)孔程序、右端槽程序、右端螺紋程序、右端外輪廓程序輸入數(shù)控機床；③安裝工件和刀具；④對刀；⑤選擇設(shè)置毛坯尺寸；⑥進行程序校驗。

3總結(jié)

本文以典型C06零件為例介紹數(shù)控車的一般流程，從最初毛坯的選擇到最后工藝卡片的制定（文中未列出），需要計算、查表或依據(jù)經(jīng)驗確定各個參數(shù)，然后根據(jù)確定的各參數(shù)進行手工程序編制，再利用斯沃數(shù)控模擬仿真軟件來驗證是否正確，為在機床上加工做準備。

作者:唐鋒 單位:湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院