波浪形軸類零件的數(shù)控加工工藝分析

1、波浪形軸類零件的數(shù)控加工工藝分析摘要：在數(shù)控機床上加工零件，首先遇到的問題就是零件的工藝處理。制定出細(xì)致、優(yōu)化的加工工藝，是數(shù)控加工應(yīng)用中應(yīng)重視的問題。本文介紹波浪形軸類零件的數(shù)控加工工藝分析。關(guān)鍵詞：波浪形軸類零件 數(shù)控加工 工藝分析制定細(xì)致、優(yōu)化的加工工藝，是數(shù)控加工工藝編制人員、數(shù)控加工操作人員常需分析的問題，必須在編程之前正確確定加工方案，進行工藝設(shè)計，再考慮編程。波浪形軸類零件泛指軸徑外大內(nèi)小的軸類零件，本類零件的加工是軸類零件中的難點。本文以典型波浪形軸類零件為例，對數(shù)控加工中的工藝處理進行分析。1、數(shù)控加工中的典型工藝處理方法1)改局部分散標(biāo)注法尺寸為集中引注或坐標(biāo)式尺寸。在數(shù)控

2、編程中，所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基礎(chǔ)的。因此，零件圖中最好直接給出坐標(biāo)尺寸，或盡量以同一基準(zhǔn)引注尺寸。這種標(biāo)注法，既便于編程，也便于尺寸之間的相互協(xié)調(diào)，在保持設(shè)計、工藝、檢測基準(zhǔn)與編程原點設(shè)置的一致性方面帶來很大方便。但是由于零件設(shè)計人員往往在尺寸標(biāo)注中較多地考慮裝配等使用特性方面，而不得不采取局部分散的標(biāo)注方法，這樣會給工序安排與數(shù)控加工帶來諸多不便。事實上，由于數(shù)控加工精度及重復(fù)定位精度都很高，不會因產(chǎn)生較大的累積誤差而破壞零件的使用性能，因而改動局部的分散標(biāo)注法尺寸為集中引注或坐標(biāo)式尺寸是完全可以的。2)刀路應(yīng)盡量簡單。具體要求就是盡量選用 0°或 90

3、76;方向切削。因為單軸插補加工的物理意義在于不存在輪廓誤差，兩軸或兩軸以上插補加工，在兩軸位置增益不相同時，存在輪廓誤差，且平行刀路要選擇較長邊作為進給方向。單軸插補加工不存在輪廓誤差，故對于數(shù)控銑床加工零件，必須使零件的直線輪廓平行或垂直于坐標(biāo)軸，以提高零件的加工精度。3)拐點的處理要合理，避免采用直角過渡。在外角加工中選用圓角過渡，走刀方向不會因突然改變而損壞刀具，零件的拐角輪廓誤差也得以有效控制。如果確需直角過渡的，可在輪廓交接處加入G04指令，延時數(shù)十至數(shù)百毫秒，在這段時間里前段輪廓加工時的跟隨誤差會迅速得以修正，如車削軸類零件臺肩等。在現(xiàn)代數(shù)控加工中可以用CAM軟件來很好地處理這類

4、問題。有些數(shù)控系統(tǒng)也可采用尖角過渡G07指令。4)刀路的材料去除量要均勻，減小沖擊產(chǎn)生。材料切削量的突然改變會對刀具和機床產(chǎn)生沖擊，特別是在留精加工余量時更應(yīng)注意，大多在使用復(fù)合固定循環(huán)時，易出現(xiàn)該現(xiàn)象。2、波浪形軸類零件的車削加工如圖1a所示零件，在車削類零件中屬于非單調(diào)類，加工時具有較高的難度，必須合理制定其加工工藝。該零件加工所用坯料設(shè)為Ø66mm的棒料，批量生產(chǎn)，加工時用一臺數(shù)控車床，圖形的數(shù)字處理及數(shù)控加工工藝如下。2.1圖形的數(shù)學(xué)處理 曲線用 35°外圓切削刀加工點 C刀具必須具備的最小副偏角 Kr的計算: 故采用封閉粗切削循環(huán)時,刀具須選用副偏角大于39.71

5、°的外圓車刀。點B坐標(biāo)的計算(固定坐標(biāo)系以點A為中心):所以點 B的坐標(biāo)X=2(36-27.6948+20)=56.61，Z=-35.17。封閉粗切削循環(huán)時總退刀量的計算:故采用G73指令加工X軸上的總退刀量: 2.2數(shù)控加工的工藝制定工步1：夾棒料外圓柱面，車端面。工步2：如圖1b所示，采用外圓粗切削循環(huán) G71、精加工 G70指令，加工軌跡ABFHJG。工步3：如圖 1c所示,采用55°外圓車刀，封閉粗切削循環(huán)G73、精加工G70指令，加工圖中軌跡 BCDG。55°外圓車刀能保證點C的副偏角 Kr為，大于，不產(chǎn)生刀具干涉。循環(huán)起始點O3一般位于點 C基于R36

6、圓弧的切線以左，Ø64mm圓柱右側(cè)端面以右，以防循環(huán)切削時的碰刀和過切。工步4：如圖 1c所示,沿軌跡DEK，采用縱向切削循環(huán) G90指令,車削Ø40mm圓柱。工步5：如圖 1d所示，調(diào)頭，夾持Ø64mm外圓柱面，按總長157.17mm要求，車削Ø20mm圓柱右端面。工步6：如圖 1d所示，采用縱向切削循環(huán)G90指令,車削Ø20mm圓柱。2.3工藝制定中易出現(xiàn)的幾種問題問題一：整個手柄曲線按一次精車處理。此加工工藝切削量太大，若刀具選擇不當(dāng)，易在點 A或點 C處產(chǎn)生刀具干涉，無法加工。問題二：整個手柄曲線按 G71指令外圓粗切削循環(huán)G70指令精

7、加工。此加工工藝Ø40mm圓柱、R30圓弧處切削量太大，兩圓弧交點 C處附近刀具易干涉無法加工。問題三：整個手柄用割斷刀粗車至手柄輪廓，然后精加工。此加工工藝割斷刀的徑向坐標(biāo)尺寸計算非常繁瑣，不易采用此方案進行實際加工。問題四：如圖 2所示，夾棒料外圓柱面，整個手柄曲線用 35°外圓切削刀具，按 G73指令封閉粗切削循環(huán)、G70指令精加工，X軸上的總退刀量為 i =33。圖2 加工工藝的不合理表現(xiàn)實際退刀量將由循環(huán)起始點 O3位置的變化而減小，點O3一般位于點C基于 R36圓弧的切線以左，點A居工件端面以右，否則G73切削循環(huán)時易出現(xiàn)碰刀和過切現(xiàn)象。此加工工藝在加工棒料零件

8、時，所用循環(huán)次數(shù)非常多，不利于提高加工生產(chǎn)率。3、數(shù)控仿真軟件下的刀具的干涉實驗在圖1c中，需用55°外圓尖刀，采用封閉粗切削循環(huán)G73、精加工G70指令車削軌跡BCDG。封閉粗切削循環(huán)是對鑄造、鍛造成型毛坯或已粗車成型工件的切削，這里用于處理非單調(diào)軸類零件的加工。通過計算可知，點C處刀具不引起干涉的副偏角Kr要大于 39.71°，除用55°外圓尖刀具加工外，還可用35°外圓車刀。用35°外圓車刀車削時，必須保證副偏角Kr大于39.71°，副偏角Kr可在39.71°50°范圍中調(diào)節(jié) (副偏角 Kr為50°

9、時，主偏角Kr為95°，這里不應(yīng)靠主偏角Kr小于95°來增大副偏角 Kr)， 若刀具安裝不當(dāng)，出現(xiàn)副偏角Kr小于39.71°，將出現(xiàn)刀具干涉。圖 3所示是在仿真軟件下,刀具副偏角 Kr為20°時在點C的干涉試驗，明顯表明在點C刀具的后刀面與零件已發(fā)生嚴(yán)重干涉。圖4所示是55°外圓尖刀具在點C的切削狀況，沒有發(fā)生干涉現(xiàn)象。 圖3 圖44、結(jié)論對于坯料為棒料的波浪形軸類零件 (軸徑外大內(nèi)小)，一般的加工方法是先右側(cè)去除直徑單調(diào)部分材料(直徑外小內(nèi)大部分)，按零件情況選擇，然后對非單調(diào)部分，通常是采用局部G73指令和割槽處理，并采用通用加工方法補充。為解決此類零件的高精度加