典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中含圓弧面零件的工藝設(shè)計(jì)、編程與加工

李亞平　孟麗霞

（1.北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，北京　100016；2.北京陸軍航空兵學(xué)院，北京　100123）

典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中含圓弧面零件的工藝設(shè)計(jì)、編程與加工

李亞平1孟麗霞2

（1.北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，北京100016；2.北京陸軍航空兵學(xué)院，北京100123）

本文對(duì)典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)-凸輪機(jī)構(gòu)的含圓弧面類零件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，運(yùn)用工藝?yán)碚撨M(jìn)行了零件工藝設(shè)計(jì)， 并應(yīng)用FANUC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圓弧類零件的程序編寫與數(shù)控加工。該凸輪機(jī)構(gòu)為運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)將圓弧手柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為頂桿零件的直線運(yùn)動(dòng)，在機(jī)構(gòu)中圓弧類零件手柄十分重要。文中圓弧面類零件的工藝設(shè)計(jì)、編程與加工，對(duì)相關(guān)零件工藝設(shè)計(jì)、編程和加工提供了一定的參考價(jià)值。

圓弧零件工藝設(shè)計(jì)編程加工

1　引言

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是構(gòu)成機(jī)械的重要組成部分，其主要實(shí)現(xiàn)機(jī)器動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞和轉(zhuǎn)化。圖1所示為一典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)一凸輪的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)頂桿的往返運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)組成的零件及部件包括頂桿、橢圓凸輪軸、凸模、凹模、配合件、手柄和連桿等，其中含圓弧面的零件-手柄是數(shù)控車削加工的典型加工零件，在一些情況下，為滿足使用要求，經(jīng)常會(huì)碰到外圓弧輪廓的加工。如何制訂含圓弧面零件的數(shù)控加工工藝、編制其加工程序成為關(guān)鍵。

圖1　典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖

圖2　成形手柄零件圖

圖3　零件加工實(shí)物圖

在圓弧面零件的數(shù)控車床加工中，不論是手工編程還是自動(dòng)編程，都要對(duì)加工零件進(jìn)行工藝分析，并把加工零件的全部工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、刀具參數(shù)和切削用量及位移參數(shù)等編制成程序，以數(shù)字信息的形式存儲(chǔ)在數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)器內(nèi)，控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。所以數(shù)控加工工藝分析是十分重要的工作，程序員應(yīng)全面周到地考慮零件加工的全過(guò)程，以及正確合理地編制零件的加工程序［1-2］。

本文主要利用典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圓弧手柄為例進(jìn)行外圓弧輪廓車削加工的具體工藝分析，成形手柄零件圖2所示，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用FANUC系統(tǒng)進(jìn)行零件的編程和加工。

2　工藝設(shè)計(jì)

對(duì)零件的工藝設(shè)計(jì)一般包括零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析、定位基準(zhǔn)選擇、加工階段劃分、定位方法選擇、切削用量選擇、刀、夾、量具選擇等，通過(guò)詳細(xì)的工藝分析為編程和加工提供方便。以機(jī)構(gòu)成形手柄為例分析含圓弧面零件的工藝設(shè)計(jì)、編程與加工［1-3］。

2.1含圓弧面零件的結(jié)構(gòu)工藝分析

（1）含圓弧面零件的結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)；表面輪廓形狀是曲線，如手柄、圓球等，這些帶有曲線的表面叫做特形面，也叫成型面。（2）含圓弧零件的加工；在普通車床加工可采用雙手控制法、成型刀法、靠模法、專用刀具法等加工方法，但這些方法效率低，加工精度不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大。在數(shù)控車床上加工是用圓弧插補(bǔ)指令（G02/G03）編程進(jìn)行切削，使刀具在指定平面內(nèi)按指定的進(jìn)給速度F做圓弧切削運(yùn)動(dòng)，切削出圓弧輪廓形狀。也可以運(yùn)用復(fù)雜循環(huán)指令G71/G73/G70。對(duì)于橢圓或雙曲線的圓弧表面可以采用宏程序編程加工。（3）定位基準(zhǔn)選擇；實(shí)心的軸類零件，精基準(zhǔn)面是頂尖孔，滿足基準(zhǔn)重合和基準(zhǔn)統(tǒng)一，而對(duì)于空心軸，除頂尖孔外還有軸頸外圓表面并且兩者交替使用，互為基準(zhǔn)。（4）加工階段劃分；加工階段的劃分依據(jù)：基準(zhǔn)先行；粗、精分開(kāi)、先粗后精、多次加工。為改善金相組織和加工性能安排合理的熱處理工序。含圓弧面軸類零件各表面先后加工順序，在很大程度上與定位基準(zhǔn)的選擇有關(guān)。當(dāng)零件加工的粗、精基準(zhǔn)選定后，加工順序就大致可以確定了。因?yàn)楦麟A段開(kāi)始總是先加工定位基準(zhǔn)面，即先行工序必須為后面的工序準(zhǔn)備好所用的定位基準(zhǔn)。（5）含圓弧面零件的裝夾和定位方法；含圓弧面軸類零件的夾具主要為三爪定心卡盤。（6）切削用量的選擇；切削用量的基本數(shù)值應(yīng)根據(jù)所選擇的機(jī)床性能、相關(guān)手冊(cè)并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定。（7）切削刀具選擇；根據(jù)加工曲面特性和加工過(guò)程要求選擇不同角度的不同類型的刀具。（8）車圓弧的加工路線分析；數(shù)控車床上加工圓弧時(shí)，一般需要多次走刀，先將大部分余量切除，最后車出圓弧階梯車削路線。即先粗車成階梯，最后一次走刀精車出圓弧。車圓法切削路線。即先用不同半徑同心圓來(lái)車削，最后將所需圓弧加工出來(lái)。車錐法切削路線。即先車一個(gè)圓錐，再車圓弧。但要注意車錐時(shí)起點(diǎn)和終點(diǎn)的確定。

2.2主要工藝設(shè)計(jì)過(guò)程

（1）所用設(shè)備、刀具、夾具設(shè)備：FANUC-MateOi數(shù)控系統(tǒng)。刀具：1號(hào)刀為35°外圓偏刀（粗車）；2號(hào)刀為30°外圓偏刀（精車）；3號(hào)刀為切斷刀，刀位點(diǎn)在左刀尖，刀寬為4mm。夾具：對(duì)短軸類零件，軸心線為工藝基準(zhǔn)。用三爪自定心卡盤夾持 Φ20外圓，使工件伸出卡盤88mm，一次裝夾完成粗、精加工。量具：游標(biāo)卡尺0-125mm外徑千分尺0-25mm 25-50mm。（2）毛坯選擇；采用 Φ20×100的棒料，材料45鋼。（3）加工工序；一、數(shù)值計(jì)算，以編程原點(diǎn)定在工件右端面的中心線，用AutoCAD/CAXA軟件的測(cè)量工具或幾何計(jì)算各基點(diǎn)的坐標(biāo)值。二、工步：設(shè)置工件原點(diǎn)：定在工件右端面中心，取1號(hào)刀粗車各外表面，并留0.5mm精車余量，用2號(hào)刀精車外圓至尺寸要求，退回?fù)Q刀點(diǎn)，換3號(hào)刀并切斷工件。三、切削用量：轉(zhuǎn)速范圍為500-1600r/min，粗加工切削量為1mm精加工切削量為0.5mm。（4）加工程序；

（5）運(yùn)用FANUC數(shù)控系統(tǒng)對(duì)零件進(jìn)行加工圖3所示。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文含圓弧面零件的工藝設(shè)計(jì)、編程與加工的探討，了解圓弧面類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、依據(jù)其具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝分析設(shè)計(jì)，并運(yùn)用FANUC數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了圓弧類零件的編程和加工。而且任何參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，只需要適當(dāng)進(jìn)行修改就能使用。該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的圓弧類零件進(jìn)行了實(shí)際的加工，工藝分析合理，加工編程實(shí)用，符合生產(chǎn)實(shí)際。

［1］霍蘇萍.數(shù)控車削加工工藝編程與操作［M］.北京：人民郵電出版社，2011.

［2］姚屏，徐偉.數(shù)控車削編程與加工［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［3］李海霞，鄧愛(ài)國(guó).數(shù)控工藝員考試指南［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

李亞平（1970—），男，山西太原人，研究生，副教授，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及數(shù)控加工。