基于Mastercam的擴口式管接頭數控車削加工

張學民，董秋陽，王恒

（空軍工程大學航空機務士官學校，河南 信陽 464000）

管接頭是液壓和氣壓管路中的常用件，起著連接管子、改變方向等作用。管接頭分為卡套式、擴口式、焊接式和其他式等四類，其中擴口式管接頭利用接頭的外錐和導管擴口后的內錐相接觸，形成金屬對金屬的密封，在小直徑、薄壁管的連接中得到了廣泛的應用。

在CAD/CAM技術領域，Mastercam軟件由于價格較低和功能完善等獨特優勢，在產品設計和編程加工應用市場占有率非常高。本文以擴口式直通管接頭為例，介紹了基于Mastercam的零件設計和數控加工過程，分析和闡述了擴口式直通管接頭加工工藝和數控加工的具體方法。

1 基于Mastercam的零件設計和數控加工過程

Mastercam軟件可以實現包括零件二維繪圖、三維實體造型設計、精確刀具路徑創建、加工過程仿真模擬和數控加工程序生成在內的多種工作，基于Mastercam的零件設計和數控加工過程如圖1所示。

圖1 基于Mastercam的零件設計和數控加工過程圖

2 基于Mastercam的擴口式管接頭數控車削加工

2.1 零件圖樣分析

圖2所示為擴口式直通管接頭的零件圖，零件由外圓、內孔、外圓錐、外溝槽及外螺紋等要素組成。為了保證接頭與導管連接的密封性，要求：（1）74°的錐面必須錐角準確、表面光潔；（2）74°的錐面、Φ14的內孔和M24×1.5的螺紋三者的軸線同軸度高。

毛坯選用45鋼Φ35棒料，長52mm，無熱處理和其他特殊要求。由于本文僅涉及管接頭的數控車削加工，因此略去圖2中六方體的銑削加工。

圖2 擴口式直通管接頭零件圖

2.2 零件加工工藝分析

因為管接頭外形比較復雜且加工余量較大，而且內外圓均需要加工，因此，在加工時安排粗加工和精加工，加工順序按照先粗后精、先內后外、先近后遠的原則確定。

考慮到管接頭左右對稱，可以采用三爪自定心卡盤夾緊毛坯，先加工一端，然后調頭，使用專用夾具（如六方螺母）裝夾已加工端，以相同的方法加工另一端。

由于是經過兩次裝夾才完成整個零件的加工，為了保證同一端的錐面、內孔和螺紋軸線的同軸度，內孔不能一次鉆通，即孔的加工也分為兩次，每次鉆削深度超過全長的一半即可。

為了保證74°外錐面的表面粗糙度，精加工外圓及錐面時采用數控系統的恒線速功能。

綜上所述，管接頭一端的車削加工工序為：車端面→鉆孔→粗車外圓及錐面→精車外圓及錐面→車退刀槽→車螺紋。

2.3 零件建模

啟動Mastercam2021軟件，利用軟件中的直線、平行線、倒角、修剪、分割等命令繪制擴口式直通管接頭的二維圖形。

由于車削工件一般都是回轉體，故無須畫出整個零件的模型，只需畫出其加工部分的輪廓線即可（如圖3所示）。

圖3 車削加工輪廓線

在“機床群組屬性”或“毛坯設置”中設置毛坯參數，外徑35mm、長度52mm、軸向位置Z為0；設置夾爪參數位置“依照毛坯”和“夾在最大直徑處”，夾持長度25mm，完成毛坯和毛坯的裝夾設置，如圖4所示。

圖4 毛坯和毛坯的裝夾設置

2.4 零件加工參數設定及刀具路徑模擬

（1）車端面參數設定。采用“車削”或“車端面”進行端面的車削加工。選擇車刀【T0101 R0.8 OD ROUGH RIGHT】為車削刀具，切削參數為主軸轉速800r/min，進給速度0.15mm/r，開啟冷卻液功能，參考點坐標X60，Z60。車端面參數為進刀延伸量2mm，精車步進量0.3mm，退刀延伸量2mm，快速提刀，預留量0。

（2）鉆孔參數設定。采用“車削”或“鉆孔”進行鉆孔加工。選擇鉆頭【T0505 14.Dia DRILL】為鉆孔刀具，切削參數為主軸轉速400r/min，進給速度0.1mm/r，開啟冷卻液功能，參考點坐標 X60，Z60。深孔鉆-無啄孔端面參數為深度-30mm，鉆孔位置坐標X0，Z0，安全高度5mm，參考高度2mm。

（3）粗車外圓及錐面參數設定及刀具路徑模擬。采用“車削”或“粗車”進行外圓及錐面的粗車加工。使用“部分串連”選擇按鈕，串選管接頭一端（從錐面至退刀槽后部倒角）為粗車外形。選擇車刀【T0101 R0.8 OD ROUGH RIGHT】為車削刀具，切削參數為主軸轉速800r/min，進給速度0.2mm/r，開啟冷卻液功能，參考點坐標X60，Z60。粗車參數為等距步進，切削深度1.5mm，X預留量0.5mm，Z預留量0.2mm，進入延伸量2mm，退出延伸量1mm，切削方式單向，粗車方向外徑，剩余毛坯識別。

粗車外圓及錐面的刀具路徑模擬如圖5所示。

圖5 粗車外圓及錐面的刀具路徑

（4）精車外圓及錐面參數設定。采用“車削”或“精車”進行外圓及錐面的精車加工。使用“部分串連”選擇按鈕，串選管接頭一端（從錐面至退刀槽后部倒角）為精車外形。選擇車刀【T0202 R0.4 OD FINISH RIGHT】為車削刀具，切削參數為主軸轉速恒線速100m/min，最高限速2000r/min，開啟冷卻液功能，參考點坐標X60，Z60。精車參數為X預留量0，Z預留量0。

（5）車退刀槽參數設定。采用“車削”或“溝槽”進行退刀槽車削加工。使用“部分串連”選擇按鈕，串選管接頭一端（從退刀槽前部倒角至退刀槽后部直角）為退刀槽車削外形。選擇車刀【T0303 R0.3 W3.OD GROOVE RIGHT-MEDIUM】為車削刀具，切削參數為主軸轉速600r/min，進給速度0.1mm/r，開啟冷卻液功能，參考點坐標X60，Z60。溝槽粗車參數為X預留量0，Z預留量 0，槽壁平滑。不進行溝槽精車。

（6）車螺紋參數設定。采用“車削”/“車螺紋”進行螺紋的車削加工。選擇車刀【T0404 R0.081 OD THREAD RIGHT-SMALL】為車削刀具，切削參數為主軸轉速600r/min，進給速度1.5mm/r，開啟冷卻液功能，參考點坐標X60，Z60。螺紋外形參數為導程1.5mm，牙型角度60°，牙型半角30°，大徑24mm，螺紋深度0.975mm，起始位置-7mm，結束位置-19mm。螺紋切削參數為螺紋車削G32代碼格式，相等切削量切削深度方式，切削次數5次。

（7）調頭裝夾。采用“車削”/“毛坯翻轉”進行工件調頭裝夾。車削毛坯翻轉參數為調動后位置-48mm，完成工件的調頭。

（8）另一端的加工。另一端的加工工序及加工參數與第一端完全相同。

2.5 仿真加工模擬

采用“機床”或“實體仿真”進行零件車削驗證，仿真加工效果如圖6所示。

圖6 仿真加工效果圖

2.6 生成數控加工程序

采用“機床”或“生成”進行數控加工程序的生成，利用軟件中與所用數控車床對應的后處理系統生成NC代碼，經適當修改后，采用網絡或U盤傳輸給數控車床的控制系統，完成接頭的加工。

3 結語

與普通車床加工相比，基于Mastercam的擴口式管接頭數控車削，具有精度高、速度快、質量穩定的優點，適用于氣壓、液壓管路所需接頭體的快速配制，為同類產品的數控車削加工提供了一定的參考價值。