非單調軸類零件的數控加工工藝研究

唐毅青

內江師范學院 經濟與管理學院，四川內江，641112

0 引言

隨著機械生產制造類企業的不斷發展，基礎零部件的加工模式呈現高精度、高效率的需求。數控加工工藝的應用及實現，通過數控機床對部件進行一體化、智能化加工，刀具選取程序設定以及切削用量參數設定，能夠保證零部件在生產加工過程中的可靠性，防止出現加工誤差的問題。對于非單調軸類零件加工來講，此類數控加工工藝的實現機理較為復雜，需針對不同加工模式進行分析，合理選取刀具，確保換刀以及走刀的過程中不會產生誤差現象，保證零部件在加工生產期間，不同軸距以及直徑的尺寸加工是符合零件預期設計訴求的，真正從工藝路線選取、刀具選取以及加工方式選取方面形成固定基準，提高生產精度。本文則是針對非單調軸類零件的數控加工工藝進行探討，僅供參考。

1 數控加工工藝方法及原則

1.1 數控加工工藝方法

（1）局部分散標注法。數控加工作為機械化、自動化加工的一種形式，其借助數控加工機床以及程序軟件等，完成對既定加工軌跡的處理。但是在此過程中，如果加工方法選取不當，極易在后期部件精細化測定過程中存在較高的誤差。局部分散標注法在數控編程中的實現，采取多個引注標線的形式，完成對既定坐標、既定尺寸的測量。在零件設計圖中，通過點、線、面等，對各類編程程序設定基準點，保證后續加工過程中不會因為模塊化的加工組成產生誤差。但是此類技術方法在實現時需要保證前期設計、中期工藝實現以及編程原點之間具有可協調性，才可在設計與實際加工期間找到均衡點，防止出現加工誤差[1]。

（2）簡單刀路法。簡單刀路法是采用X軸與Y軸的形式，在0°與90°的方向對零部件進行切削處理，此類路徑的選取是按照刀具進給方向作為切入邊，在夾具夾取以及刀具進給期間，降低因輪廓外表面區域而產生的誤差。如果在實際加工期間，軸類部件本身不存在輪廓誤差時，則可以將零部件的一個邊緣區域置于X軸或許Y軸上，刀路在路徑選擇過程中，將呈現單一走向，便于操控，提高數據原點與數據軌跡之間的對接性。

1.2 數控加工工藝設計原則

（1）劃分工序。數控加工工藝具有繁瑣性與模塊性特征，需針對材料部件的尺寸參數及其具體加工形式進行分析，保證每一項數據信息在加工程序中進行表示時，可按照不同類別的加工方式進行測定處理。集中劃分工序原則通過對整項工序的模塊化劃分處理，增加其具體施工及加工方案的基準定值。例如，在零部件加工期間，不同部件屬性、粗細、長度尺寸標注等方面存在差異的問題，決定著零部件需要先進行磨角處理、粗加工處理，然后再進行精加工處理。此部分則可作為一個加工基準，并對其進行后續施工工藝的一個參數考量，在實際加工過程中，通過模塊化測定，保證每一項技術參數的應用不會產生變形問題，提高零部件的加工精度及剛性。與此同時，零部件安裝過程中，也應做好配合形式，即零部件先加工哪一部分、然后加工哪一部分，確保零部件在加工與裝夾的過程中，不會因為部件自身承受性的問題造成外力損耗的現象，提高整個加工過程中的穩固性[2]。

（2）設計工藝。設計工藝原則是指在加工過程中，將設計形式與加工參數進行精準對接，保證部件在不同加工工藝下可以符合基準設定。通常情況下，一個零件在加工過程中，需通過不同部件配合才可完成對零部件基礎屬性的契合。對此，零部件加工及組裝過程中必須符合一定精度，避免因為公差值較大產生部件組合松動的問題。在此期間，數控加工工藝設計工藝原則保證每一項零部件的精度調控功能，通過指標數據的核定，使零部件在加工期間一次成型，且在二次組裝過程中不會因為前期零部件誤差產生松動現象。設計工藝需針對零部件進行深度切削、粗加工與精加工相結合的形式，借助先近后遠的原則，對部件刀口距離以及進刀量等進行測定，保證零部件生產制作過程中的精度。

2 非單調軸類零件加工工藝分析

2.1 刀具選擇

刀具作為數控加工過程中的主體驅動裝置，刀具類型、刀具精度的選取直接決定數控加工工藝的精確度。期間，數控刀具應具備較強的溫度抗性以及耐摩擦屬性，確保在長時間驅動過程中，不會因為刀具與零部件之間的摩擦問題造成刀具本身耗用現象。與此同時，刀具應當具備切屑與排屑功能，通過調整角度以及使用方法，完成對零部件自身的切削處理。例如，大偏角刀具主要是應用于平面或者是圓弧面等，從工藝驅動角度來講，此類刀具的使用則可以有效規避因為圓弧切削時而產生的進給量過深現象。在部分內孔加工工藝中，則應選取相對應的鏜刀刀具，在進行內孔加工時，刀具刀桿應當為固定值，且不得過長，因為刀具在切削的過程中，刀具頭部與刀具裝夾裝置之間如果距離較大，在外部受力的作用下，將產生刀頭終端振蕩問題，產生較高誤差，不利于精度加工[3]。

2.2 裝夾方式選擇

裝夾工藝是指針對待夾零部件進行裝夾處理，此類裝夾工藝直接決定后期坐標系及相關加工原點的數據值確定基準。在實際加工期間，對刀點按照坐標系原點驅動的位置進行進刀，對于編程來講，則應測定裝夾零部件的空間位置，在編程期間將刀具的進給深度及進給速度進行路徑編設，保證刀具在最短時間內完成高質量切削。期間，對刀點設置，應盡量遵循程序簡化與數值優化的原則，防止出現刀具落點誤差問題。

2.3 切削量選擇

切削量是對零部件進行粗加工或精加工時刀具的切入深度，此過程中進給量數值的確定是保證加工工序在幾次循環周期下可以獲得精密部件的重要前提。但是在切削量設定過程中，應綜合考慮到各類加工工藝或者進給深度值等，是否符合零部件的精度訴求，如果切削量過大，則極易產生吃刀的現象，而如果進給切削量不足，則需增加切削的循環周期，在一定程度上提高了生產制作成本。對此，在數控加工過程中應針對材料以及刀具、加工場景等進行分析，確保加工工藝的穩定性及持續性。

2.4 切削速度與進給速度選擇

切削速度與進給速度作為數控加工工藝中的一項重要參數，其本身是以最大切削速度以及刀具應力承受極限值為核心確定切削速度以及進給速度。例如，加工材料為銅材料部件時，粗加工參數應為維系在500r/min，精加工則應在700r/min。在對進給速度進行擇取時，主要是以經濟量及零部件表面的粗糙度為基準，實現對刀具或者是材料的屬性界定，確保進給速度與零部件加工精度之間的關聯性。

2.5 數控加工的注意事項

數控加工工藝具有一定的繁瑣性與綜合性，在前期必須做好相應的準備工作，保證每一項不同指令操控及其驅動形式是符合實際加工需求的。（1）應針對數控加工進行準備處理，例如，各類數據參數分析，包含刀具類型、切削速度、進給速度以及裝夾類型，保證每一項加工過程之間的銜接性，確保零部件以最短的時間實現最優質的加工[4]。（2）針對數控機床進行定期運維處理，因為機床在運行過程中本身屬于一個持續性的損耗狀態，內部刀具或者是裝夾結構等均將產生不同程度的耗損，如果基礎架構存在問題，將增加加工誤差，產生參數不對接的現象。對于此，必須進行定期的運維處理，保證數控加工中心運行的穩定性。（3）在實際加工生產方面，應綜合界定當前驅動參數與實際加工之間呈現出的關系值，實時檢測系統驅動過程中是否按照既定程序執行。當然，此類智能驅動模式可起到預警調控的作用，但是生產加工期間，極易產生不可預見性的問題。對此，應加強對機械生產制造環境的監測，確保數控加工生產的穩定性。

3 非單調軸類零件的數控加工工藝實例

如圖1所示，為非單調軸類零件的加工實例，零件為50鋼材質，在生產加工中無需考慮熱處理工藝。從外結構分析，零件由圓柱、曲面、螺紋等組成，在直徑變化區域，對操控精度提出更高要求。若以右端曲線為加工位置，則曲面的加工參數應考慮到變量與自變量之間的關系，即為

圖1 非單調軸類零件尺寸參數

3.1 數控加工路線設計

待加工部件的裝夾形式如圖2所示，先夾住曲面位置，車削左側圓柱端面。車左端，軌跡從O至A，在外部車削循環時采用G71，精細加工時采用G70，中部螺紋加工時采用G92。待加工完圓柱表面時，調換裝夾工序，如圖3所示。裝夾固定端為直徑24mm的圓柱部位，可以承受更高的切削力，防止出現形變問題。利用外圓車刀，從E到A執行切削工藝，期間應注意D到B的轉換，因為C點加工過渡時，可能產生干預問題（經計算，C點加工時最小副偏角應大于30°，才可規避干預問題，測定C點的實際加工角為62°，故不存在加工問題），與圓柱加工模式相比，在外車粗加工中以G73為主，在精車加工中以G70為主。

圖2 左端加工

圖3 右端加工

3.2 刀具選取工藝

考慮到刀具切削過程中可能產生的過切問題，則應選取大于30°的刀具。加工工藝分為粗加工與精加工兩部分，刀具型號與質量應當滿足基礎加工訴求，經過計算，最終選擇涂層刀片，尖角半徑為0.2mm。同時，在精加工期間，應添設刀補工序，防止出現實際加工軌跡與預期加工軌跡不符的問題，提高加工精度[5]。

3.3 數控加工程序編寫

如下：

O0002; 程序名

G40 G99 G21; 程序開始

M03 S600;

T0202; 選擇刀具

G00 X32.0 Z5.0;

G73 U13.W0R5.;

G73 P1 Q4 U0.5.W0.F0.1;

N1 G01 X0 Z0 F0.1; 宏程序起點

#1 = 0;

#2 = 0; 步長值

N2 IF［#1GE-4.8］GOTO 3; 條件判斷

#2 = * SQRT［-30#1］/; 由曲線公式推導出，SQRT 為開平方

G01 X［2* #2］Z［#1］; 加工曲線

#1 = #1GOTO 2-0.1;

GOTO 1;

N3 G03 X15.W-6.R12.;

G01W-5.;

G02X21.W-3.R3;

N4 G01X23.;

G70 P1 Q4 F0.05 S800;

G00 X80.0 Z80.0;

M30; 程序結束

外螺紋切削加工期間，考慮到螺紋精度，需在切削期間給予一個循環余量，為1mm，在第二切削時，循環余量為0.7mm，第三次為0.25mm，第四次為0mm，這樣才可保證螺紋加工是符合工藝指標的，數控加工程序如下：

T0303；

M03 S800；

G00 X30 Z3；

G92 X23 Z-20 F1.5；

X22.3；

X22.05；

X22.05；

G00 X200 Z200；

M05；

4 結語

綜上所述，非單調軸類零件在加工過程中，由于零部件自身的繁瑣性，在加工工藝擇取過程中，應綜合分析不同驅動場景下零部件的組合模式，合理選定零部件的加工形式，提高加工精度。未來發展中，工業研發體系應加強對數控加工工藝的研發，深度分析不同驅動場景下，技術工藝、數控設備與機械產品制造之間的關系，穩固基礎生產鏈條，為企業創收更多的經濟效益。