巴鐵橫側梁連接座數控車切屑干擾問題的研究

耿慧蓮，韓江

(1.安徽機電職業技術學院，安徽蕪湖241000;2.合肥工業大學機械汽車學院，安徽合肥230009)

鐵路橫側梁需要在低溫下有較好的工作性能，所以大部分的鐵路材料選用低合金高強度結構鋼材料Q345D，該材料的屈服強度可達345 MPa，在低溫下有好的力學性能和韌性［1］，但是給機械加工帶來了困難。利用數控車削橫側梁連接座時，由于材料的韌性好，不斷屑，刀具磨損嚴重，加工效率低下。

1 左橫側梁連接座圖紙分析

該零件的最大處直徑為280 mm，在不增加其他設備的條件下，選用6140 型數控車床加工，垂直度要求為0.2 mm，右側總長度控制為1 mm 公差，右側連接耳長公差為1 mm，其他為自由公差，毛坯為鍛造，余量不均勻，前道工序采用普通型6140 車床粗加工，R20 處圓角和10°倒錐加工不了，留給下道工序——數控車加工，所以加工余量不一致，如圖1所示。

圖1 零件簡圖

2 實驗切削環境構建

零件的左側用三爪自定心卡盤裝夾，比較方便，右側用尾座頂尖，同時制作一個直徑為145 mm 左右且帶有較大錐度的端蓋，一端與零件的右側內孔連接，另一端與頂尖連接，裝置如圖2所示。

圖2 加工裝置

零件要求垂直度誤差為0.2 mm。對該裝置進行定位誤差分析，定位誤差主要包括兩個方面:(1)基準不重合誤差;(2)基準位移誤差。該裝置以左側為錐面的中心與工件中心一致，所以基準重合無誤差，工件的右側中心孔定位與工件以三爪自定心卡盤也是中心定位是一致的，基準位移誤差為三爪卡盤的跳動量。為了能夠獲得較好的精度采用了一套新的卡爪，用百分表測量三爪與尾座的跳動值能夠控制在0.05 mm 之內［2］，總的誤差能夠控制在0.2 的1/3，滿足加工要求。

3 加工過程分析

3.1 刀具問題

由于工件為低碳高猛材料，斷屑效果差(如圖3所示)，且刀具磨損嚴重，通過實驗，采用普通YT15 的硬質合金刀具［3］，通過手工刃磨臺階型斷屑槽(其具體參數如圖4所示)，以利于斷屑。

圖3 鐵屑形狀

圖4 斷屑槽結構

刀具的主后角和副后角要大，實驗比對獲得主后角在10°左右，能減少刀具的磨損，加工效果明顯改善。

3.2 數控程序設計

數控加工程序設計主要涉及到軟件應用、機床選擇、工藝工裝、刀具材料及形狀選擇等方面，其中程序設計的優劣制約加工效率。在主體程序設計中，零件被加工位置點數量大，不適合手工編程［4］，主要使用CAM 軟件自動編程，形成主體程序。具體過程是:將零件的AutoCAD 文件轉換至 Master-CAM9.0 的Lath 模塊中，再進行刀具路徑設置、車削參數選擇、車削路徑優化(即點順序選擇)、仿真驗證、后置處理，生成數控系統能識別的數控程序，如圖5—7所示。

圖5 刀路圖

圖6 仿真驗證圖

圖7 后置處理圖

3.3 程序優化設計

軟件編程方便且編程效率高，在一般材料加工是常常采用。該零件前道工序已經完成粗車，但是留有的余量不均勻。由圖3 鐵屑形狀可以看出，有的鐵屑寬，有的鐵屑窄，因此在自動編程的同時部分段采用手工編程來完善加工程序，進而獲得較好的加工效果，即鐵屑寬度一致性好，刀具的受力、磨損均勻，耐用度提高［5］。首先半精加工R20 的圓弧和－10°的倒錐，余量為1 mm，然后利用自動編程完成數控程序的編寫。

程序如下:

4 結束語

對于難加工材料尤其是斷屑條件不好的材料，一般是調整刀具角度和工藝參數以及工裝形式［6］，完成預期目的。隨著現代制造手段的改進，特別是數控機床的使用中，改變走刀路線、調整加工余量的均勻性也是改變切削性能的一個重要手段。作者在3 個方面進行實驗，獲得了較好的加工效果，當然還會有其他的方法存在，將繼續完善。

【1】王先逵.機械加工工藝手冊［M］.北京:機械工業出版社，2007.

【2】李洪.機械加工工藝手冊［M］.北京:北京出版社，1990.

【3】哈爾濱工業大學，上海工業大學.機械制造工藝學(第一、二、三、四分冊)［M］.上海:上?？茖W技術出版社，1980.

【4】魏平，耿慧蓮.基于四開數控雕銑機床深孔件的數控程序設計［J］.機床與液壓，2010，38(22):45－47.

【5】李慶壽.機床夾具設計［M］.北京:機械工業出版社，1984.

【6】于駿一.變速切削的研究［J］.機械工程學報，1988，24(4):59－62.