數控車床大賽典型零件工藝與編程方法探討

相付陽

（德州職業技術學院，山東 德州253034）

0 引言

數控加工工藝的編制是典型零件數控加工的第一步。合理的切削用量選擇是提高加工效率的關鍵。但隨著數控大賽中零件的復雜化，編程方法的合理選擇也是取得冠軍的關鍵因素。現以數控車大賽實操試題為例，對加工工藝、編程方法進行分析。零件內外輪廓形狀與精度要求，如圖1、圖2所示。

圖1 零件圖

圖2 剖視零件圖

1 數控加工工藝分析

該零件結構復雜，φ76外圓軸線要求與內孔φ50軸向同軸，R2外圓弧右端面、零件左端面要求與基準R15外圓弧右端面平行，保證同軸度和平行度達到圖樣要求，必須正確裝夾工件及合理選擇加工工藝，工藝路線安排如下。

1）三爪夾盤夾持工件右端毛坯外圓，伸出長度60 mm左右（毛坯不圓整的，可以先粗車一刀右端外圓，然后夾持該外圓）。a.齊平端面；b.粗車零件外圓為φ77×16、φ67×37.5臺階；c.鉆φ24通孔；d.用G71粗精車φ25（通孔）、φ30、φ50、1×45°倒角及1：1的內錐。

2）調頭，夾持φ67×37.5 mm外圓。a.車端面，保證總長尺寸；b.粗精車外圓；c.用自動編程粗精車所有槽；d.車螺紋底孔φ28.5、內孔φ39、φ44及內部所有倒角；e.粗精車二處內槽；f.粗精車螺紋M30×1.5至尺寸；g.粗精車端面槽。

3）根據零件左端內孔結構，車削帶有1：1外錐的工藝錐堵。

4）零件右端φ76 mm外圓，后頂尖頂著工藝錐堵，采用一夾一頂裝夾方法。a.用G73粗精車R15圓弧、1：4外圓錐面、M60×1.5的外徑及倒角；b.粗精車4 mm×2 mm退刀槽；c.粗精車螺紋M60×1.5至尺寸。

該零件除夾持毛坯時用普通夾爪外，其他部位最好用軟夾爪。兩個理由：一是不夾傷工件；二是該零件無法采用兩頂尖之間安裝，用軟夾爪有利于保證平行度和同軸度位置公差。

用三爪夾盤夾持工件，不能保證同軸度、平行度的精度要求，只能采用軟夾爪和互為基準來保證精度要求，還需要設計一個裝夾零件的工裝——工藝錐堵，和工件的內錐配合，實現以基準定位，間接保證三處形位公差要求。工藝錐堵由φ40×25圓柱與9 mm長的圓錐、B型中心孔組成。

2 手工編程與自動編程的選擇

2.1 手工編程的選擇

手工編程對于內外螺紋、內外圓錐編程比較簡單，但內外圓錐編程時必須注意刀尖圓弧半徑補償的正確應用，否則會造成形狀和位置誤差，正確應用G41、G42、G40指令是關鍵，編程還是比較簡單的；螺紋采用手工編程要比自動編程方便、快捷，而且修整也比較靈活，所以加工該工件內外螺紋及圓錐宜采用手工編程。內輪廓加工內容結構簡單，可采用手工編程進行加工。

2.2 自動編程的選擇

該零件右端為多個外溝槽組成，一溝槽底部為R3圓弧，一溝槽頂部為R2的半圓弧，在加工過程中手工編程沒有合適的復合循環指令對外溝槽進行一次編程加工完成，只能單一地一個一個溝槽進行編程加工，程序比較多，且要正確選用切槽刀的2個刀尖相互轉換，對于R3圓弧和R2的半圓弧也要正確應用刀尖圓弧半徑補償，這就要求操作者基本功非常熟練，編程的正確性要保證，加工效率比較低；若采用CAXA數控車軟件對該部分自動加工，在加工過程中可用軟件保證圓弧尺寸的正確性，不用考慮刀尖半徑補償的問題，效率比較高。下面以右端外輪廓為例，分析比較手工編程與自動編程方法。

圖3

圖4

圖5

1）右端外輪廓的自動編程。該零件右端外輪廓從A點到B點完全可以采用切槽自動加工，只用粗車命令。目的是在比賽有限的時間內以最短的時間把工件上多余的毛坯余量一次性去掉，給精加工留出足夠的時間。對于外輪廓所有槽的精加工，不要采用粗車軌跡一次加工完成，那樣所有相關尺寸很難一次性保證合格；正確的操作是：在粗車運行時，把所有槽打散，一個槽一個槽地出精加工程序，從最右端開始，當粗車運行結束時所有精加工程序應該全部完成了，這樣，從時間上就能有機地連貫起來，有效地提高了加工效率，然后再對每一個槽進行精加工，加工一個保證一個，直至加工完成。外部槽的自動加工過程如圖3～圖5所示。

2）右端外輪廓的手工編程。加工工件右端外輪廓的溝槽，對于該輪廓形狀加工沒有合適的單一循環指令或者符合循環指令一次性把所有毛坯全部去除掉。先用G75指令把A～B區域內多余毛坯一次性去除，如圖6所示，然后對每一個溝槽單獨編制一個粗精加工程序依次加工至尺寸。

圖6

通過對比可以看出，手工編制程序的工作量比較大，輸入程序也費時，而且在圓弧加工時需要正確利用半徑補償和外切槽刀的2個刀尖進行接刀加工，難度比較大。自動編程降低了編程人員工作,提高了效率，并進行了仿真優化，驗證了程序的正確性，有利于保證精度要求，避免機床碰撞。

3 結語

實踐證明，加工結構復雜、精度高的零件，既保證精度要求，效率又高，最關鍵的是合理的加工工藝及編程方法。根據零件的結構、材料、技術要求以及生產類型等方面，認真分析，才能設計出合理最優的數控加工工藝及編程方法，手工編程和自動編程的有效結合，能雙倍提高加工效率。