基于HNC－21T凹槽型軸類(lèi)工件加工的新思路

彭 晨 肖堯先 傅盛榮

（南昌航空大學(xué)航空制造工程學(xué)院，江西南昌 330063）

隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的制造業(yè)水平突飛猛進(jìn)。同時(shí)，對(duì)數(shù)控人才要求也隨之增加，各省市及至全國(guó)積極開(kāi)展數(shù)控技能型緊缺人才的培訓(xùn)工程，通過(guò)數(shù)控大賽進(jìn)行層層選拔，涌現(xiàn)了一大批高技能選手［1］。這些選手不但要具備較強(qiáng)的理論知識(shí)、動(dòng)手操作能力，而且要具備較強(qiáng)的創(chuàng)新思維和擁有獨(dú)特的加工方法。

華中世紀(jì)星HNC－21T是我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控車(chē)床，該車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)具有運(yùn)行安全可靠、編程簡(jiǎn)化方便、操作直觀宜人等功能優(yōu)勢(shì)，一直以來(lái)是各省、全國(guó)數(shù)控技能大賽指定使用數(shù)控系統(tǒng)。

筆者有幸應(yīng)邀到某中職學(xué)校指導(dǎo)準(zhǔn)備參加全省數(shù)控大賽的學(xué)生選手的操作訓(xùn)練，所使用的機(jī)床就是華中世紀(jì)星HNC－21T。在指導(dǎo)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在加工圖1所示的兩件套件1凹槽處時(shí)，常會(huì)有刀具干涉情況產(chǎn)生，既影響了切削的效率，又影響了表面粗糙度。針對(duì)這一現(xiàn)象，筆者進(jìn)行了研究，提出了這一類(lèi)工件的一種加工新思路，即采用平時(shí)較少使用的端面車(chē)削復(fù)合循環(huán)G72指令，用切槽刀來(lái)代替外圓車(chē)刀進(jìn)行切削。切削最終效果證明，此種加工方法沒(méi)有干涉現(xiàn)象產(chǎn)生，工件表面粗糙度明顯得到改觀，可行。

1 主要工藝問(wèn)題

如圖1所示，件1毛坯為φ50 mm×85 mm，材料為45鋼，加工時(shí)須考慮下面幾個(gè)主要工藝問(wèn)題:

（1）加工工序的安排:件1左側(cè)是螺紋，右側(cè)是大半個(gè)球體。在理論上，為了保證螺紋的有效使用和考慮到螺紋先加工便無(wú)法裝夾等問(wèn)題，一般軸類(lèi)工件要求有螺紋的一端后加工。但考慮到球體不易裝夾，在此處，就先加工左側(cè)螺紋。而且，螺紋先加工完后，有兩個(gè)好處:一是可以在件2加工完內(nèi)螺紋后，件1的螺紋作為其量具，類(lèi)似于塞規(guī)，檢測(cè)其配合情況;二是可以在加工完件2內(nèi)螺紋后，配合上件1的外螺紋，加工其右側(cè)球體。

（2）加工刀具的選擇:在車(chē)削外圓時(shí)，常常用到的是93°的菱形外圓車(chē)刀，其主偏角較大，切削輕快。但是，在加工件1右半個(gè)球體時(shí)，外圓車(chē)刀后刀面和零件很容易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。如圖2所示，35°菱形刀片與工件左半個(gè)球體有干涉區(qū)域產(chǎn)生。對(duì)于這一類(lèi)問(wèn)題，通常的解決方法便是在車(chē)刀裝夾時(shí)，將其傾斜一定的角度，即減小主偏角，從而減少干涉。但這樣做將會(huì)導(dǎo)致刀具在切削時(shí)徑向力過(guò)大，切削散熱慢，刀片剛性減弱，且背吃刀量過(guò)小，降低了切削效率。在本例的加工中，筆者開(kāi)創(chuàng)一種新思路，用切槽刀來(lái)代替外圓車(chē)刀，用切槽刀的主切削刃沿工件徑向走刀，這樣就不會(huì)產(chǎn)生干涉情況。由于是徑向走刀，且兩刃切削，刀具剛性好，切削平穩(wěn)，效率較高。

（3）加工指令的應(yīng)用:切槽刀有1個(gè)主切削刃，2個(gè)副切削刃。在切削時(shí)，一般是沿軸的徑向切削，用于切槽或切斷，大多數(shù)使用的是主切削刃;而副切削刃沿軸向受力較弱，且因刀具支撐桿伸出過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致切削不平穩(wěn)，因而副切削刃使用較少。此處，如果用主切削刃進(jìn)行切削，則用端面車(chē)削復(fù)合循環(huán)G72指令;如用副切削刃進(jìn)行切削，則用外徑車(chē)削復(fù)合循環(huán)G71指令。

下面分別用G71和G72指令對(duì)工件分別編制數(shù)控加工程序。

用G71指令加工圖1件1所示球體的數(shù)控程序如下［2］:

用G72指令先粗加工右半個(gè)球體，再加工左半個(gè)球體，最后精加工整個(gè)球體，其加工數(shù)控程序如下:

2 加工中須注意的問(wèn)題

用3 mm切槽刀，對(duì)件1球體用上述2個(gè)程序分別進(jìn)行加工。在加工過(guò)程中，要注意的一些問(wèn)題如下:

（1）為了提高加工效率，在加工球體之前，可以軸向車(chē)削圓柱面直徑尺寸到40.5 mm，減少粗加工余量，給徑向走刀節(jié)省加工時(shí)間。

（2）為了保持各個(gè)柱面的粗糙度，粗精加工盡量使用一致的切削用量參數(shù)（不包括背吃刀量），在程序中設(shè)置。切槽刀沿軸向承受力弱，加工工件穩(wěn)定性不好，而徑向走刀為主切削刃切削，走刀較平穩(wěn)。因而，在設(shè)置背吃刀量時(shí)，數(shù)值是不同的。軸向走刀的背吃刀量明顯遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于徑向的，因而走刀時(shí)間也就沒(méi)有可比性，G71指令走刀時(shí)間明顯要長(zhǎng)，效率較低。

（3）盡管在加工件1左端螺紋已加工出退刀槽，但在O0002程序中，在G1X15F15程序段走刀時(shí)，自動(dòng)走刀仍要慢或用手工走刀。因?yàn)?，只有在此程序段走刀時(shí)，因前面尺寸未加工到位，切槽刀可能會(huì)是1個(gè)主刀刃2個(gè)副刀刃同時(shí)參與三面切削。刀具在不斷切入時(shí)，實(shí)際在工件表面形成的是阿基米德螺旋面，由此造成實(shí)際前角后角都在不斷變化，被切削材料塑性變形復(fù)雜、摩擦阻力大、切削熱高，加工時(shí)進(jìn)給量要小。

（4）在加工凹槽時(shí)，如果與其相接的不是直線，而是曲線，則不好在相接處進(jìn)行左右刀位點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，但可以采用仿形切槽刀進(jìn)行加工，加工思想不變。

3 加工實(shí)例

將圖1中的配合件加工展示如下，見(jiàn)圖3。圖4a是用93°的菱形外圓車(chē)刀加工的件1，由圖中圓圈處可以看出，因刀具后刀面產(chǎn)生干涉而留下的痕跡。圖4b是用3 mm切槽刀采用G72指令加工的件1，圖4c則是采用G71指令加工而成的。

由以上理論分析和加工實(shí)例結(jié)果可以看出，對(duì)于凹槽型軸類(lèi)工件用切槽刀代替外圓車(chē)刀采用G72指令加工，能消除刀具與工件的干涉，效率較高，是可行且有效的，是一種值得靈活應(yīng)用的新思路。這種新思路不僅僅是應(yīng)用在世紀(jì)星HNC－21T上，也可以通過(guò)修改一些相應(yīng)的指令應(yīng)用到其他系統(tǒng)上，在此不再贅述。

［1］袁鋒．全國(guó)數(shù)控大賽試題精選［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006．

［2］武漢華中數(shù)控股份有限公司．世紀(jì)星車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)HNC－21/22T編程說(shuō)明書(shū)［Z］，2006．