應用數控自動編程快速車削畸形復雜工件

■湖南省湘西民族職業技術學院 （吉首 416000） 方媛州

應用數控自動編程快速車削畸形復雜工件

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介紹2014年9月份第六屆全國數控技能大賽湖南省選拔賽實操試題之一的軸套三組合中的連接錐套和偏心錐軸加工情況。針對其技術要求和復雜、畸形的特點進行工藝分析，采用數控自動編程等加工方法，在規定時間內保質保量地順利完成了加工任務。

連接錐套和偏心錐軸是組成軸套三組合的零件。除尺寸必須符合圖樣要求外，還要保證在與其他件組合后滿足圖樣的組合技術要求。特別是在技能大賽中，在規定時間內要完成各零件的加工和裝配工作，時間緊、難度大，如果采用的加工工藝不準確，將會直接影響到零件的尺寸精度和裝配效果，甚至可能導致一些零件無法加工，在規定時間內完不成零件的加工。在此軸套三組合中，連接錐套和偏心錐軸的加工難度較大，形狀較復雜，且在組合中具有相對重要的位置，因此，除了考慮尺寸精度和形位公差要符合圖樣技術要求外，還應兼顧組合技術要求。可利用自動編程的數字處理、糾錯能力強，能快速自動生成數控程序的特點，采用自動編程方法，對連接錐套和偏心錐軸進行快速、準確編程及加工。

1. 連接錐套工藝分析

圖1所示為總組裝圖。工件材料為45鋼，心軸、偏心錐軸和連接錐套的毛坯尺寸分別為φ65mm×150mm、φ85mm×95mm和φ85mm×105mm，工時定額為6h/套。仔細分析圖樣，根據毛坯尺寸分配好材料；按技術要求以及所包含的配合類型，找出加工難點和加工關鍵技術，確定配合基準；決定各零件的加工順序，然后根據加工順序制定出各零件的加工工序。

連接錐套如圖2所示，其主要技術要求是：φ820-0.054mm外圓軸線相對φ800-0.03mm軸線C基準同軸度誤差≤0.03mm；R29+0.030mm內圓弧表面相對φ800-0.03mm軸線C基準的跳動誤差≤0.025mm。采用的加工方法是：先車右端，用“一刀車出”的方法將這些部分同基準一道車出來，從而保證位置公差精度。

圖1 軸套三組合

圖2 連接錐套

連接錐套車削工序為：車削連接錐套右端→車削連接錐套左端→檢驗。

車削連接錐套右端的裝夾如圖3所示。在調頭加工左端時，應包紫銅皮裝夾、校正φ800-0.03mm外圓，定總長；車內圓錐和端面槽，最后車偏心。

2. 零件的加工工藝實施

將連接錐套的加工工序進行合理的優化整合，使之更為連貫，達到減少裝夾次數、減少機床調整次數、提高刀具的使用率以及方便加工的目的。在保證形位公差的情況下，靈活運用基準統一原則，在一次裝夾下完成更多的加工內容。

圖3 連接錐套的裝夾

外輪廓橢圓加工刀具及切削用量

以連接錐套的橢圓部位加工為例，加工方法如下：

（1）確定毛坯及裝夾方式。考慮該零件毛坯為實心圓棒料，使用自定心卡盤夾緊工件，車夾持位φ83mm×80mm，平端面。

（2）確定數控刀具及切削用量。根據特殊外輪廓的加工要求，選擇刀具及切削用量如附表所示。

（3）毛坯及外輪廓的建模。通過CAXA數控車軟件直接繪制橢圓毛坯輪廓和加工軌跡輪廓來實現。不需要畫出完整的零件圖，直接按照橢圓最終尺寸進行繪制。

（4）加工程序自動生成及參數設置。首先選擇橢圓加工軌跡和毛坯輪廓，并設置“輪廓粗車”和“輪廓精車”的各項加工參數、進退刀參數及切削用量等。系統自動生成“記事本”文件，將其生成的G代碼CNC數控程序保存。

（5）CNC程序自動傳輸。通過R232串行口，直接傳輸給數控機床的MCU，高效、準確地實現了特殊輪廓的自動編程及加工。

此車削橢圓的自動編程方法避開了變量設定、程序語言結構設定、坐標平移變換等多種計算機及數學處理方法、計算出錯以及程序手工輸入等效率低的不利因素。采用軟件自動編程方法，在外輪廓是拋物線、雙曲線的非圓弧的復雜曲面編程中優勢明顯，兼具了編程效率與編程質量高的優點。

3. 數控車自動編程及設置

以軸套三組合中的偏心錐軸（見圖4）為例，運用CAXA完成零件的特殊圓弧粗、精加工等刀具軌跡，實現仿真加工。合理設置機床的參數，生成加工程序代碼和通過R232串行口直接輸入至數控系統，避免了復雜的面板輸入操作，大量減少了靠手工計算節點坐標的輔助時間，可實現非圓弧的復雜曲面編程。自動編程加工所需時間是手工編程加工所需時間的1/2左右，大大提高了組合件的加工效率。

圖4 偏心錐軸

（1）毛坯及外輪廓的建模。以加工偏心錐軸外輪廓凹凸圓弧為例，通過分析圖樣，繪制零件的加工部分外輪廓草圖如圖5所示。將坐標系原點選在零件的右端面和中心軸線的交點上，繪出毛坯輪廓、零件實體和切斷位置。

（2）零件外輪廓的自動編程。外輪廓的粗車軌跡生成：根據加工工藝中先粗后精的加工原則，首先對外輪廓進行輪廓粗車加工。以外輪廓粗車為例，運用左、右兩把偏刀對該復雜輪廓進行加工，才能實現此凹凸圓弧的順利完成。單擊工具欄上的

圖標，根據加工要求設定粗車參數表中的加工參數、進退刀方式、切削用量和輪廓車刀。加工參數設置和輪廓車刀的選取如圖6、圖7所示。在設置

圖5 偏心錐軸加工外輪廓和加工毛坯輪廓

圖8 輪廓拾取圖進退刀方式時，需注意把進退刀方式全部選中“垂直”，且退刀距離設置為“2”；在需要添加輪廓車刀時，可單擊工具欄上的

圖標，并根據要求設置好相應的刀具參數。

在各項參數設置后，根據系統提示分別拾取被加工輪廓和毛坯輪廓。采用限制鏈拾取方式，分別拾取被加工輪廓的起點部分輪廓線和終點部分輪廓線，再接著選取毛坯輪廓線，根據刀具軌跡選擇合適的進退刀點（見圖8），系統則自動生成粗車外輪廓的刀具軌跡圖（見圖9）。

圖6 粗車加工參數設定

圖7 粗車輪廓車刀參數設定

外輪廓的粗車加工軌跡仿真及程序自動生成：為驗證加工程序是否存在干涉及過切現象，該軟件可對生成的加工軌跡進行模擬仿真。具體操作如下。①單擊主菜單欄中的“數控車”，在下拉菜單中點擊“軌跡仿真”命令。②在界面的左下方系統提示區選擇“二維實體”、“缺省毛坯輪廓”方式，在系統的提示下點擊“拾取刀具軌跡”。③單擊“回車（Enter）”鍵或單擊鼠標右鍵“確定”，此時系統會彈出“軌跡仿真控制條”對話框（見圖10），然后選擇播放，系統即開始刀具加工軌跡的仿真。④單擊主菜單“數控車”→“代碼生成”命令或者單擊數控車工具欄中的“代碼生成”圖標，根據系統提示，填寫“后置文件”對話框，保存后置文件（*.cut）的地址，填寫相應的文件名稱后，單擊“打開”按鈕，拾取相應的刀具軌跡，系統自動生成“記事本”文件，該文件即為生成的數控代碼加工程序。

圖9 粗車加工軌跡圖（左偏刀軌跡路線圖）

（3）機床設置及程序后置處理。由于生成加工程序代碼可通過R232串行口直接輸入至數控系統，考慮機床采用的數控系統不同，會導致G代碼指令的語言格式也有差別，因此需要添加機床設置和程序后置處理方法來解決。以GSK數控系統為例，具體操作如下：單擊主菜單“數控車”→“機床設置”命令或者單擊數控車工具欄中的“代碼生成”圖標，添加GSK數控機床，并設置主軸控制，數值插補方法、補償方式、程序啟停等相應操作的G代碼指令，以達到簡化程序的目的。

4. 結語

圖10 軌跡仿真控制條對話框

正確合理地運用自動編程等技術，往往能夠取得事半功倍的效果。該例特別適用于我們學院的教學。有不少學員對加工的零件工藝分析和編程方法選擇認識不足，往往一邊加工一邊想辦法，特別是對于組合件和復雜、畸形工件的加工。通過該例使大家認識到，加工前對零件進行正確的工藝分析，抓住其特點和加工最大難度，分別采取切實可行的措施，是能取得好成績的。

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20150105）