軸類零件數控加工工藝分析與編程*

盧小燕

(廣州南洋理工職業學院，廣東 廣州 510925)

0 引言

數控車床是目前使用最廣泛的數控機床之一[1]，數控車床與普通車床一樣主要用于加工軸類、盤類等回轉體零件。普通車削加工的零件質量和效率很大程度是由操作者的經驗來決定的，而數控車削加工是按照已經編好的程序加工零件，高質量的數控程序決定著零件的加工質量和加工效率，這是因為數控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括刀具切削用量的確定、走刀路線等工藝信息。本文以一個軸類零件為例，對其數控加工工藝進行了分析和編程。

1 零件圖紙分析

圖1為軸類零件的零件圖。已知該零件的毛坯為Φ30 mm的鋁合金，要求在FANUC0i系統數控車床上加工M10×1的外螺紋、寬3 mm的退刀槽、Φ15 mm的圓柱面、R7.5的凹圓面、大端Φ20 mm總長11 mm的圓錐面、R12.5的凸圓面、Φ24 mm的圓柱面。Φ24 mm的圓柱面尺寸公差為上偏差+0.021 mm、下偏差0。該工件Φ24 mm的圓柱面、Φ15 mm的圓柱面的表面粗糙度均為Ra3.2 μm，R12.5的圓弧面的表面粗糙度為Ra6.3 μm，其他表面粗糙度為Ra12.5 μm，加工中需要安排粗車加工和精車加工。

圖1 軸類零件

2 確定加工工藝

2.1 工件的裝夾與定位

該零件裝夾選用通用三爪自定心卡盤夾持零件的毛坯外圓，工件在裝夾時夾緊力應適中，夾緊力太大容易夾傷工件，夾緊力不夠又會造成加工過程中工件松動，零件伸出的長度應考慮機床的限位距離(機床裝有限位碰塊)，零件加工總長為70 mm,所以零件伸出離卡盤端面約90 mm。

2.2 加工刀具的確定

分析零件圖，確定加工該零件需要采用90°外圓車刀、尖外圓車刀(車削成形面用的)、螺紋車刀和切斷刀。

2.3 切削用量的確定

數控車削的切削用量包括背吃刀量、主軸轉速和進給量。在編程之前，應合理選擇進給量、背吃刀量以及主軸轉速，只有這三者互相適應，才能形成最佳的加工效果，下面以外圓車刀切削用量的選取及計算為例進行分析。

(1) 背吃刀量的確定。結合機床系統剛性以及所用刀具的質量，粗車每刀背吃刀量為3 mm。由于零件的加工精度要求較高，所以除了粗加工，還需半精加工和精加工，半精加工背吃刀量為1 mm～1.5 mm，精加工背吃刀量為0.5 mm。

(2) 主軸轉速n的確定。主軸轉速n的確定應根據零件被加工部位的直徑以及零件的材料、刀具的材料和切削速度來確定。在生產中，可以根據以下公式來計算主軸轉速n(r/min)[2]：

n=1 000vc/(πd).

其中：vc為切削速度，經查表1并結合自身的刀具質量取vc=60 m/min；d為工件的直徑，取工件直徑d=30 mm。分別將切削速度、工件直徑代入公式(1)，求得n≈637 r/min，取主軸轉速n=630 r/min。

表1 刀具切削參數表

(3) 進給量的確定。進給量的大小直接影響零件表面粗糙度值和加工效率，在保證零件表面質量的前提下，結合刀具、零件材料，查閱切削用量手冊選取進給量為0.3 mm/r。

2.4 位置點

在編程時應選擇合適的工件零點和換刀點。

(1) 工件零點。為了滿足編程簡單、尺寸換算少、引起的加工誤差小等條件，該零件的工件坐標原點和程序原點應放在工件的右端面中心。

(2) 換刀點。為防止在換刀時刀具與工件或尾座碰撞及為了節約移動換刀時間，換刀點應設置在(X100，Z100)的位置上。

2.5 車削方式的設計

(1) 用G94(端面切削循環指令)平端面。

(2) 用G71(內、外徑粗車復合循環指令)按圖2 G71加工路線圖所示粗車零件輪廓各部位。

(3) 結合用G01、G02、G03對零件輪廓進行連續精車。

(4) 用G92(螺紋切削循環指令)加工M10×1的螺紋。

圖2 G71加工路線圖

3 程序的編制

首先調用1號外圓車刀粗車零件，其次調用2號尖外圓精車刀精車零件直至零件尺寸，接著調用3號外螺紋車刀加工M10×1螺紋，最后用4號切斷刀車斷工件。

軸類零件加工的參考程序如下：

O0000;

G99T0101;

M03S630;

G00X32Z2;

G94X0Z0F0.2;

G71U1.5R0.5;

G71P10Q30U0.5W0.1F0.3;

N10G00X7.8;

N12G01Z0;

N14X9.8Z-1;

N16Z-15;

N18X13;

N20X15Z-16;

N22Z-35;

N24X20Z-46;

N26G03X28Z-55R12.5F0.2;

N30G01Z-70;

G00X100Z100;

T0404;

M03S500;

G00X32Z2;

Z-66;

G94X24.5Z-66F0.1;

Z-69;

Z-72;

Z-75;

G00X100Z100;

T0202;

M03S630;

G00X17Z2;

Z-10.5;

G01X12F0.5;

X9Z-12F0.2;

Z-15;

X16F0.5;

Z-25F1.;

G02Z-35R7.5F0.2;

G00X32;

Z-55;

G01X28.5Z-55F0.2;

G03X24.5Z-62R12.5F0.2

G01X32F0.8;

G00Z2;

G01X5.8Z1F0.5

X9.8Z-1F0.12;

Z-10.5;

X8Z-12;

Z-15;

X13;

X15Z-16;

Z-25;

G02Z-35R7.5;

G01X20Z-46;

G03X24Z-62R12.5;

G01Z-74.5;

X32F1;

G00X100Z100;

T0303;

M03S500;

G00X13Z2;

G92X9.2Z-12.5F1;

X8.9;

X8.8;

X8.7;

X8.65;

X8.65;

G00X100Z100;

M05;

M00;

T0404;

M03S500;

G00X32Z2;

Z-74.5;

G01X26F0.2;

X22F0.1;

X26F1.;

Z-73.5;

X24F0.2;

X22Z-74.5F0.1;

X0;

X32F1;

G00X100Z100;

M05

M30

4 結語

制定加工工藝是數控車削的前期準備工作，工藝制定得是否合理，對零件的加工質量和機床的加工效率都有很大的影響。因此，遵守工藝原則，結合數控車床的加工特點，制定好零件的數控車削加工工藝是加工出合格零件的保證。