基于HNC－21T凹槽型軸類工件加工的新思路

彭 晨 肖堯先 傅盛榮

（南昌航空大學航空制造工程學院，江西南昌 330063）

隨著數控技術的發展，我國的制造業水平突飛猛進。同時，對數控人才要求也隨之增加，各省市及至全國積極開展數控技能型緊缺人才的培訓工程，通過數控大賽進行層層選拔，涌現了一大批高技能選手［1］。這些選手不但要具備較強的理論知識、動手操作能力，而且要具備較強的創新思維和擁有獨特的加工方法。

華中世紀星HNC－21T是我國國產數控車床，該車床數控系統具有運行安全可靠、編程簡化方便、操作直觀宜人等功能優勢，一直以來是各省、全國數控技能大賽指定使用數控系統。

筆者有幸應邀到某中職學校指導準備參加全省數控大賽的學生選手的操作訓練，所使用的機床就是華中世紀星HNC－21T。在指導過程中，筆者發現，學生在加工圖1所示的兩件套件1凹槽處時，常會有刀具干涉情況產生，既影響了切削的效率，又影響了表面粗糙度。針對這一現象，筆者進行了研究，提出了這一類工件的一種加工新思路，即采用平時較少使用的端面車削復合循環G72指令，用切槽刀來代替外圓車刀進行切削。切削最終效果證明，此種加工方法沒有干涉現象產生，工件表面粗糙度明顯得到改觀，可行。

1 主要工藝問題

如圖1所示，件1毛坯為φ50 mm×85 mm，材料為45鋼，加工時須考慮下面幾個主要工藝問題:

（1）加工工序的安排:件1左側是螺紋，右側是大半個球體。在理論上，為了保證螺紋的有效使用和考慮到螺紋先加工便無法裝夾等問題，一般軸類工件要求有螺紋的一端后加工。但考慮到球體不易裝夾，在此處，就先加工左側螺紋。而且，螺紋先加工完后，有兩個好處:一是可以在件2加工完內螺紋后，件1的螺紋作為其量具，類似于塞規，檢測其配合情況;二是可以在加工完件2內螺紋后，配合上件1的外螺紋，加工其右側球體。

（2）加工刀具的選擇:在車削外圓時，常常用到的是93°的菱形外圓車刀，其主偏角較大，切削輕快。但是，在加工件1右半個球體時，外圓車刀后刀面和零件很容易產生干涉現象。如圖2所示，35°菱形刀片與工件左半個球體有干涉區域產生。對于這一類問題，通常的解決方法便是在車刀裝夾時，將其傾斜一定的角度，即減小主偏角，從而減少干涉。但這樣做將會導致刀具在切削時徑向力過大，切削散熱慢，刀片剛性減弱，且背吃刀量過小，降低了切削效率。在本例的加工中，筆者開創一種新思路，用切槽刀來代替外圓車刀，用切槽刀的主切削刃沿工件徑向走刀，這樣就不會產生干涉情況。由于是徑向走刀，且兩刃切削，刀具剛性好，切削平穩，效率較高。

（3）加工指令的應用:切槽刀有1個主切削刃，2個副切削刃。在切削時，一般是沿軸的徑向切削，用于切槽或切斷，大多數使用的是主切削刃;而副切削刃沿軸向受力較弱，且因刀具支撐桿伸出過長，導致切削不平穩，因而副切削刃使用較少。此處，如果用主切削刃進行切削，則用端面車削復合循環G72指令;如用副切削刃進行切削，則用外徑車削復合循環G71指令。

下面分別用G71和G72指令對工件分別編制數控加工程序。

用G71指令加工圖1件1所示球體的數控程序如下［2］:

用G72指令先粗加工右半個球體，再加工左半個球體，最后精加工整個球體，其加工數控程序如下:

2 加工中須注意的問題

用3 mm切槽刀，對件1球體用上述2個程序分別進行加工。在加工過程中，要注意的一些問題如下:

（1）為了提高加工效率，在加工球體之前，可以軸向車削圓柱面直徑尺寸到40.5 mm，減少粗加工余量，給徑向走刀節省加工時間。

（2）為了保持各個柱面的粗糙度，粗精加工盡量使用一致的切削用量參數（不包括背吃刀量），在程序中設置。切槽刀沿軸向承受力弱，加工工件穩定性不好，而徑向走刀為主切削刃切削，走刀較平穩。因而，在設置背吃刀量時，數值是不同的。軸向走刀的背吃刀量明顯遠遠小于徑向的，因而走刀時間也就沒有可比性，G71指令走刀時間明顯要長，效率較低。

（3）盡管在加工件1左端螺紋已加工出退刀槽，但在O0002程序中，在G1X15F15程序段走刀時，自動走刀仍要慢或用手工走刀。因為，只有在此程序段走刀時，因前面尺寸未加工到位，切槽刀可能會是1個主刀刃2個副刀刃同時參與三面切削。刀具在不斷切入時，實際在工件表面形成的是阿基米德螺旋面，由此造成實際前角后角都在不斷變化，被切削材料塑性變形復雜、摩擦阻力大、切削熱高，加工時進給量要小。

（4）在加工凹槽時，如果與其相接的不是直線，而是曲線，則不好在相接處進行左右刀位點的轉換，但可以采用仿形切槽刀進行加工，加工思想不變。

3 加工實例

將圖1中的配合件加工展示如下，見圖3。圖4a是用93°的菱形外圓車刀加工的件1，由圖中圓圈處可以看出，因刀具后刀面產生干涉而留下的痕跡。圖4b是用3 mm切槽刀采用G72指令加工的件1，圖4c則是采用G71指令加工而成的。

由以上理論分析和加工實例結果可以看出，對于凹槽型軸類工件用切槽刀代替外圓車刀采用G72指令加工，能消除刀具與工件的干涉，效率較高，是可行且有效的，是一種值得靈活應用的新思路。這種新思路不僅僅是應用在世紀星HNC－21T上，也可以通過修改一些相應的指令應用到其他系統上，在此不再贅述。

［1］袁鋒．全國數控大賽試題精選［M］．北京:機械工業出版社，2006．

［2］武漢華中數控股份有限公司．世紀星車床數控系統HNC－21/22T編程說明書［Z］，2006．