機械零件數控加工工藝與編程綜合設計＊

唐鋒

（湖南工業職業技術學院，湖南 長沙 410208）

數控機床的工作原理是首先根據零件圖進行零件的工藝設計，包括刀具的選擇、切削用量的選擇等，然后按照數控機床規定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把程序單中的內容記錄在控制介質上，最后輸入到數控機床的數控裝置中指揮機床加工零件[1]。

1 零件圖分析

如圖1所示，零件C06外形屬于典型的回轉體零件，不僅包含外螺紋、孔、外圓錐面等基本特征，還包括圓弧面等特征，本次加工的工藝步驟較多。該零件Φ20 mm外圓及Φ26 mm的孔、1∶5的錐面上表面粗糙度要求均為Ra1.6μm，表面粗糙度都要求較高。Φ46 mm的外圓表面（上偏差0 mm，下偏差﹣0.025 mm），7級精度；Φ24 mm的孔（上偏差+0.033 mm，下偏差0 mm），8級精度；Φ36 mm的孔（上偏差+0.012 mm，下偏差﹣0.012 mm）、Φ20 mm的孔（上偏差0 mm，下偏差﹣0.033 mm），8級精度，尺寸精度要求較高[2-4]。

圖1 C06零件圖紙（單位：mm）

綜上所述，該零件的形狀比較復雜且零件的加工精度要求較高，所以采用數控車削的方式進行加工。

1.1 毛坯確定

C06零件可根據其形狀結構、生產類型、設備條件及材料選用130×Φ52 mm的棒料，硬度HB為160～210。

1.2 定位基準選擇

針對零件C06，加工左端時選擇右端Φ52 mm外圓作為粗基準，加工右端時選擇Φ46 mm外圓柱段的表面作為精基準[5]。

1.3 機床及刀具選擇

根據加工對象分析，選用CK6132A機床，加工C06零件所需的刀具表如表1所示。

表1 刀具參數表

1.4 夾具的選擇

在數控車床上常見的夾具方式[6]有自定心卡盤、雙頂尖裝夾、一夾一頂裝夾及用心軸裝夾幾種方式，根據C06零件結構形狀，選用自定心三爪卡盤。

1.5 切削用量選擇

切削用量包括主軸轉速、進給量[7]、背吃刀量等。

1.5.1 主軸轉速確定

主軸轉速的確定依據零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具材料以及加工性質等條件所允許的切削速度來確定。具體計算公式為：

式（1）中：n為主軸的轉速，r/min；Vc為選定的切削速度，m/min；d為工件或刀具的直徑，mm。

切削速度除了計算和查表選取以外，還可以根據實踐經驗確定。

1.5.2 進給量確定

進給量的選擇上文已給出選擇原則，在粗車時選用較高的進給量，以便較快去除毛坯余量，精車以考慮表面粗糙和零件精度為原則。查閱機械手冊可知，粗加工時的進給量f的取值范圍是0.38～0.13 mm/r，精加工的進給量f的取值范圍是0.13～0.05 mm/r，故選取粗車時一般取0.2 mm/r，精車時常取0.12 mm/r。鉆孔的進給量f取0.15 mm/r，切槽進給量取0.1 mm/r，車螺紋進給量取1.5 mm/r，代入公式（1）計算可得：

式（2）中：P為螺距；K=80。

粗加工時，Vf=f×n=0.2×700=140 mm/min。精加工時，Vf=f×n=0.12×1 000=120 mm/min。切螺紋時，Vf=f×n=1.5×700=1 050 mm/min。同理可得：鉆孔時，Vf=f×n=0.15×500=75 mm/min；切槽時，Vf=f×n=0.1×500=50 mm/min。其中，Vf指進給速度。

1.5.3 背吃刀量確定

本次加工的零件C06材料為45鋼，根據查閱機械手冊，選擇外圓粗加工的背吃刀量為1 mm，精加工為0.25 mm。內孔粗加工的背吃刀量為1 mm，精加工為0.25 mm。鉆孔的背吃刀量為10 mm，切槽時背吃刀量為5 mm。螺紋從0.5 mm至0.1 mm隨進刀次數逐漸減少，槽根據刀寬分2次進行。

1.6 工藝路線擬定

C06零件工藝路線如下。

使用帶鋸機下料130×Φ52 mm毛坯；毛坯正火處理；三爪卡盤夾持毛坯伸出100 mm，平端面見光即可；用麻花鉆鉆Φ20 mm×25 mm內孔；粗車內孔Φ24 mm×20mm，留0.5mm的余量；精車內孔Φ24mm×20 mm到尺寸；粗車1∶5的外圓錐面、R5 mm的圓弧、Φ46 mm的外圓，留0.5 mm的余量；精車1∶5的外圓錐面、R5 mm的圓弧、Φ46 mm的外圓至尺寸；掉頭裝夾Φ46 mm的外圓表面，平端面至總長104.5 mm；粗車Φ20 mm外圓、R10 mm半球、Φ27 mm外圓、Φ36 mm外圓，留0.5 mm的余量；精車Φ20 mm外圓、R10 mm半球、Φ27mm外圓、Φ36mm外圓至尺寸；切Φ23mm×5 mm退刀槽；車M27×1.5的外螺紋至尺寸，并用螺紋通止規檢查；檢驗并去毛刺，涂防銹油入庫。

2 程序編制與仿真

數控編程是操作員根據工藝文件和零件圖樣的要求編制出來的，此程序可在數控機床上運行，并且可以完成規定加工任務的一系列指令[8]。

針對C06零件，單件生產，用Φ20 mm的鉆頭鉆25 mm深的孔（手動鉆孔），以左端內孔與左端外輪廓為例介紹手工編制的程序。

2.1 左端內輪廓數控加工程序

根據圖1編寫零件C06左端內孔程序，如表2所示。

表2 左端內輪廓數控加工程序

2.2 左端外輪廓數控加工程序

根據圖1編寫左端外輪廓數控加工程序，如表3所示。

表3 （續）

表3 左端外輪廓數控加工程序

采用斯沃數控仿真模擬軟件，將編寫好的程序輸入，通過程序校驗，圖2所示為驗證零件C06左端外輪廓模擬加工走刀路線[9]。斯沃仿真流程如下：①開機并回零；②新建程序，將編寫的左端外輪廓程序、左端內孔程序、右端槽程序、右端螺紋程序、右端外輪廓程序輸入數控機床；③安裝工件和刀具；④對刀；⑤選擇設置毛坯尺寸；⑥進行程序校驗。

圖2 零件C06左端外輪廓模擬加工走刀路線

3 總結

本文以典型C06零件為例介紹數控車的一般流程，從最初毛坯的選擇到最后工藝卡片的制定（文中未列出），需要計算、查表或依據經驗確定各個參數，然后根據確定的各參數進行手工程序編制，再利用斯沃數控模擬仿真軟件來驗證是否正確，為在機床上加工做準備。