杠桿類零件數控加工及模擬仿真的方法

李維亮

摘要：杠桿類零件在各類機械設備中應用率較高，一般為批量化生產，其性能和加工精度對整個機械系統功能的正常發揮有著較大影響，因此，如何保證杠桿類零件的加工質量和效率，一直是機械加工行業的關注焦點。本文對杠桿類零件的數控加工及模擬仿真方法進行探討，為提高該類零件的加工質量提供參考。

關鍵詞：杠桿類零件;數控加工;模擬仿真

1 引言

杠桿類零件在各種機器設備中較為常見，其工作原理通常為通過往復運動實現運動的轉化或傳遞。由于該類零件處于不斷的往復運動中，長期承受交變荷載作用，對該類零件的加工質量要求非常高。因此，深入研究杠桿類零件的加工工藝，保證該類零件的加工質量具有重要的現實意義。本文主要介紹杠桿類零件的數控加工，以及通過使用模擬仿真軟件來提高實際加工時的效率和準確性的方法。

2 杠桿類零件數控加工前的準備

由于杠桿類零件加工時尺寸及形位公差要求較高，為保證此類零件的加工質量，在實際加工前應做好充分的準備工作。

2.1根據所要加工零件的材質，確定加工時所需的刀具

不同材料性能存在較大差別，同時零件在使用時還有各種性能的要求，所以杠杠類零件的毛坯一般都需要進行熱處理。加工杠桿類零件時需充分研究加工方法，做好杠桿類零件所需刀具的加工性能的分析，并從經濟性角度進行論證，保證所選刀具的合理性。

2.2明確數控加工前，零件已經加工到的狀態

在使用數控機床對杠桿類零件進行精加工前，應該明確零件已完成的加工內容，即數控精加工前的“毛坯狀態”，從而明確數控加工的內容，同時提前考慮精加工時的裝夾方案以及裝夾工裝的設計。

數控精加工前需要加工到的“毛坯狀態”，基本原則總結如下五點：

（1）零件外形尺寸較小時，根據零件的最大外形尺寸，并按照工藝留量要求，可將毛坯粗加工成規則六面體。

（2）零件外形較為復雜時，按照工藝留量的要求，可將毛坯進行整體的粗加工，并在合理位置作精加工時的找正基準。

（3）零件的厚度尺寸有較高尺寸公差及形位公差要求時，在粗銑后可使用磨床將厚度尺寸加工符圖。

（4）有內花鍵或公差要求較高的內孔的杠桿類零件，在粗銑后可使用慢走絲機床將內花鍵、內孔等加工符圖。

（5）零件的外形輪廓有較小內圓角、直角清根、內凹等使用刀具很難加工到部位時，在粗銑后可使用慢走絲機床加工符圖。

2.3 建立杠桿類零件三維模型

建立零件的三維模型是編制數控加工程序和進行加工模擬仿真的第一項工作，數控加工程序編制方法有手工編程和自動編程之分。但是，無論采用何種編程方法，都需要建立該零件的三維模型，當然這就需要有相應配套的硬件和軟件。

3杠桿類零件數控加工流程

杠桿類零件加工工藝較為復雜，要求工藝人員要明確加工流程，做好重點加工環節的質量控制。編制數控加工程序時應做好以下三項工作。

3.1 基準面的選擇

基準面選擇是否合理、得當直接影響往復杠桿零件的加工質量與效率，因此，工藝人員應做好精加工基準的合理選擇。一方面，為保證定位精度，應盡量選擇面積足夠大、光潔、平整的表面作為加工基準。如果零件需要多次裝夾，最好使用同一個精加工基準，尤其對于重要的定位基準，以防止產生較大的位置誤差。另一方面，選擇精加工基準時應認真落實以下內容：

（1）為防止設計與定位基準不重合誤差的出現，應考慮將設計基準作為定位基準;

（2）為防止基準轉化引入誤差，保證各表面位置精度，定位基準應統一;

（3）要求加工均勻且余量較小的精加工，可以加工表面作為基準;

（4）為方便定位，可選擇尺寸較大、有精度要求的表面作為精基準。

（5）當工序基準與設計基準不重合時，應做好相關尺寸的換算和核算，保證裝夾準確性的同時，提高零件的加工精度。

3.2 工件坐標系的設定

工件坐標系是編制數控加工程序時使用的坐標系，又稱編程坐標系，該坐標系是人為設定的。工件坐標系及其坐標零點得設置主要考慮編程與加工時計算與測量的方便性。

工件坐標系只是編程人員在圖紙上建立的坐標系，當工件裝夾到機床上時，機床需要建立機床坐標系與工件坐標系的關系。數控系統只需要知道工件坐標系的零點在機床坐標系的確切位置，就可以正確執行所編制的數控程序，加工出零件。

杠桿類零件大多數都有尺寸和形位公差要求較高的孔，且其他各部與該孔都有尺寸公差要求，所以在設定工件坐標系時，設定在該精加工孔為較好的方案。

3.3 數控加工工藝流程

杠桿類零件的機械加工的流程需要考慮多方面的因素，主要有以下各個方面：

（1）裝夾找正的方式、工裝夾具的設計

（2）確定加工余量

（3）防止由于加工所造成的變形

（4）尺寸和形位公差的要求

（5）多次裝夾加工基準的確定

應綜合分析以上各方面的因素，合理規劃加工的工藝流程、劃分加工階段，使用數控機床以及專用夾具進行加工。

通常情況下，杠桿類零件的加工工藝流程主要分為粗加工、半精加工、精加工等環節。為保證杠桿類零件的表面粗糙度、尺寸公差、形狀位置公差的設計要求，需要進行精加工，需要注意的是，確定杠桿類零件的加工流程時，還應考慮是否進行熱處理。結合熱處理性質，將其安排在合理的環節中，例如，有的在粗加工前進行熱處理，有的在粗、精加工之間進行熱處理，具體情況應作具體分析。本文主要介紹杠桿類零件在數控機床上的精加工。

這里以有兩孔的杠桿為例進行說明，該零件在精加工前的“毛坯狀態”為按最大輪廓單邊留量2mm的六面體，其中厚度尺寸由磨床加工到圖紙要求值。

（1）精加工前需設計專用定位裝夾胎具，利用兩孔進行定位裝夾，所以需要先將兩孔加工到尺寸，利用臺鉗裝夾活件。

（2）將專用裝夾胎具放置于工作臺上，并按基準找正0.02mm以內，設定零件大孔對應位置為工件坐標系。

（3）將零件裝夾到專用胎具上。

（4）使用數控程序加工該次裝夾的可加工部位。

（5）零件翻個裝夾，還是利用兩孔定位，使用數控程序加工該次裝夾的可加工部分。

（6）復檢各尺寸及形位公差是否滿足圖紙要求。

（7）交檢合格后，卸下活件。

3.4數控機床加工參數的確定

為保證加工精度，應確定好機床加工的各項參數，包括精加工余量、切削進給量、走刀速度（F）、主軸轉速（S）等。在滿足相關標準的基礎上，需要綜合分析零件的材質、裝夾方式的牢固性、夾具系統剛度、所選刀具的主要性能參數以及機床功率等內容。

4杠桿類零件加工的模擬仿真

計算機輔助制造CAM是指在機械制造業中，利用電子數字計算機通過各種數字控制機床和設備，自動完成離散產品的加工、裝配、檢測和包裝等制造過程。

運用CAM實現數控加工的模擬仿真的流程如下所示：

（1）獲取CAD模型

（2）加工工藝分析和規劃

（3）根據CAD模型，建立符合實際情況的毛坯

（4）加工工序的建立

（5）加工刀具的建立

（6）導入自動編程軟件生產的NC代碼文件

（7）進行加工模擬仿真

（8）根據生成的報告及對比分析結果，對NC代碼文件進行優化

（9）傳輸到機床，進行實際的零件加工

5結語

使用數控機床進行杠桿類零件的加工，可以有效的提高該類零件的加工質量和效率，但在實際加工前，必須應用模擬仿真軟件進行驗證，提前發現數控程序存在的各種問題，從而完善和優化數控程序。同時，由于杠桿類零件種類繁多，在安排加工工藝流程時要根據實際情況，具體情況具體分析，合理安排加工順序，總的原則是先粗后精、先易后難、盡量減少零件裝夾次數、盡量使用同一加工基準、有效防止零件的變形、保證零件的加工質量。

參考文獻：

[1] 于文強 嚴翼飛.數控加工與CAM技術[M].北京：高等教育出版社，2015.

[2] 楊勝群;唐秀梅.Vericut數控加工仿真技術[M].北京：清華大學出版社，2010.

[3] 魏杰.往復杠桿零件機械加工工藝研究[J].中國高新技術企業，2015（4）：28-29.

[4] 徐勇;吳百中.機械制造工藝及夾具設計[M].北京：北京大學出版社，2011.

（作者單位：中國第一重型機械股份公司）