噴油器體數(shù)控加工仿真研究

顧 鋒

(南通職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南通 226007)

數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)以及國家高端裝備制造業(yè))的實用技術(shù)和最基本的裝備，并且已在當(dāng)今世界機(jī)械制造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用［1］。隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和對燃油經(jīng)濟(jì)性要求的不斷提高，對柴油機(jī)燃油噴射量和霧化質(zhì)量的要求也越來越高。作為柴油機(jī)噴油系統(tǒng)中的核心部件之一的噴油器體，其工藝質(zhì)量直接關(guān)系到柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性［2］。本文以6190柴油機(jī)噴油器體數(shù)控加工為例，按加工工藝分析→刀具選用→數(shù)控編程與仿真的工藝路線，詳細(xì)說明噴油器體的加工過程，為中小企業(yè)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 噴油器體加工工藝分析

噴油器的任務(wù)是將高壓燃油霧化并噴入燃燒室內(nèi)，其加工質(zhì)量的好壞直接影響柴油機(jī)的工作性能和燃燒效率。本文以6190柴油機(jī)噴油器核心零件噴油器體為研究對象，該零件主要由孔、外圓、倒角、內(nèi)外螺紋和槽組成，如圖1所示。零件材料為45號鋼，并經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)和表面淬火等熱處理，具有中心韌性好、表面硬且耐磨、加工精度要求高等特點，加工時選擇刀具與切削用量都應(yīng)考慮到材料的性質(zhì)。

圖1 6190柴油機(jī)噴油器體零件示意圖

a．選擇毛坯。

鍛件、鑄件、型材等是數(shù)控車削加工中常用的毛坯。在車削零件中，軸類零件居多。軸類零件的毛坯一般有棒料與鍛件兩種。光軸和直徑相差不大的階梯軸一般以棒料為主;外圓直徑相差較大的軸或重要的軸宜選用鍛件?？紤]到噴油器體要承受高壓燃油(10MPa以上)，因此一般選用鍛件。

本文研究的噴油器體零件材料為45號鋼，圖形尺寸是φ38mm×136．5mm，所以毛坯尺寸取為φ40mm×140mm。

b．確定裝夾方案。

利用三爪卡盤直接夾緊毛坯件一端，另一端用頂錐頂上(一夾一頂裝夾方式)，限制毛坯件5個自由度。

(1)三爪卡盤的三爪卡是同步運動的，可自動定心。裝夾工件方便、省時，自動定心好，所以適用于裝夾外形規(guī)則的中、小型回轉(zhuǎn)體工件。三爪卡盤有手動與液壓兩種類型。

(2)一夾一頂裝夾的目的是防止工件發(fā)生軸向位移，因此必須在卡盤內(nèi)裝一限位支撐或利用工件的臺階面作限位。該裝夾方式剛性好、軸向定位準(zhǔn)確，且比較安全，能承受較大的軸向切削力，因此應(yīng)用廣泛。

c．工藝路線設(shè)計。

在數(shù)控車床上，能夠完成內(nèi)外回轉(zhuǎn)體表面或平面的車削、螺紋加工，以及經(jīng)過回轉(zhuǎn)軸線的孔或螺紋的鉆孔、鉸孔和攻絲等。相應(yīng)的加工方法由零件表面的加工要求、整體結(jié)構(gòu)特點及材料性質(zhì)等因素確定［3］。

加工方法選擇的原則［4］:(1)考慮每種加工方法的經(jīng)濟(jì)精度范圍，要與加工表面的精度要求以及表面粗糙度要求相適應(yīng);(2)加工面的幾何形狀精度、表面位置精度的要求必須確保;(3)加工方法應(yīng)與零件材料的可加工性相適應(yīng);(4)加工方法要與生產(chǎn)類型相適應(yīng);(5)加工方法應(yīng)具有現(xiàn)實可行性，要綜合考慮現(xiàn)有設(shè)備條件和工人技術(shù)水平。

根據(jù)上述原則，確定噴油體零件的加工方法和順序如下(加工特征參見圖1):

車零件右端面→鉆孔 M10→車4．6×32．6槽→粗車右端外形→粗、精鏜內(nèi)孔M10→攻螺紋M12－6H→掉頭裝夾→加工左端面，保證總長度136．5→鉆孔φ3、平銑φ12→粗、精車左端外形→車3 × φ25，2 × φ3．6，4．6 × φ30．6 三槽 → 加工外螺紋M27×1．5→加工側(cè)孔。

此外還有一些輔助工序，主要包括:檢驗、清洗、去毛刺、倒棱邊、涂防銹油和平衡等。其中檢驗工序是主要的輔助工序，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵之一，待粗加工結(jié)束后，會在精加工之前執(zhí)行檢驗工序。

2 數(shù)控加工刀具選用

本文以零件的車削數(shù)控加工為研究重點。零件的車削包括:車端面、倒角、切槽、鉆孔、加工螺紋。零件材料為45號鋼，毛坯為φ40×φ140mm。文中數(shù)控系統(tǒng)為FANUC－OTD系統(tǒng)［5］。

選用的刀具及相關(guān)參數(shù)見表1，與加工內(nèi)容相對應(yīng)，共選用5把刀，1號刀為外圓車刀，2號刀為切槽刀，3號刀為外螺紋刀，4號刀為內(nèi)螺紋刀，5號刀為內(nèi)孔鏜刀。為了保證加工精度，1，2，3，5號刀均選用硬質(zhì)合金刀片。

表1 所選刀具參數(shù)

3 數(shù)控加工仿真

由于本研究所有工序的加工內(nèi)容在數(shù)控車床上就能完成，所以選用Yhcnc宇航數(shù)控仿真網(wǎng)絡(luò)版的計算機(jī)仿真軟件來進(jìn)行仿真［6］。

具體步驟如下:

圖2 仿真起始操作

步驟1，如圖2所示，打開仿真軟件FANUC－OTD，首先進(jìn)行初始化設(shè)置，然后根據(jù)待加工零件選擇合適的毛坯。

選擇“工件操作”，并在工具欄中選擇“工件大小”，然后根據(jù)提示完成對話框填寫，點擊“確定”，完成毛坯設(shè)置，如圖3所示。

圖3 毛坯設(shè)置

步驟2，由工藝分析選擇合適的刀具并在刀架上安裝。

如圖4所示，選擇“刀具庫”，然后完成刀具的選擇(如圖5所示)，刀架上成功添加所需刀具。

圖4 刀具庫管理

步驟3，添加加工程序。

選擇“程序編輯”，添加所需程序號，在檢查無誤后保存。

步驟4，對刀與數(shù)控仿真加工。

(1)首先選擇要對的刀具，然后在“機(jī)床操作”中選擇對刀，打開刀具補(bǔ)償表，輸入相應(yīng)的刀具補(bǔ)償值，對刀界面如圖6所示。

圖5 刀具添加

圖6 對刀界面

(2)選擇自動加工，點擊“自動”選項，選擇“循環(huán)啟動”，此時程序自動運行。

零件的加工步驟必須與仿真保持一致。如圖7所示，加工過程為:選擇刀具→開機(jī)→初始化→編制程序→保存→工件裝夾→安裝刀具→對刀→輸入刀補(bǔ)→自動加工→零件檢測。在數(shù)控加工過程中，需注意相關(guān)事項，這樣才能確保加工的可靠性。

此外，零件需要進(jìn)行幾項檢測:(1)外徑檢測;(2)內(nèi)孔檢測;(3)螺紋檢測。對于外徑和內(nèi)孔檢測，需要注意所選測量工具對精度的影響問題;對于螺紋檢測，應(yīng)選用與待檢螺紋相匹配的標(biāo)準(zhǔn)螺母。

4 結(jié)束語

本文針對目前柴油機(jī)燃油系統(tǒng)中非常重要的噴油器體的數(shù)控加工，通過分析其加工工藝，確定其加工刀具及相關(guān)加工參數(shù)，并基于Yhcnc仿真加工軟件對其進(jìn)行了數(shù)控加工仿真。通過加工仿真，可在噴油器正式投入數(shù)控加工前，檢驗加工程序的正確性與合理性，并在提高工藝質(zhì)量的同時，避免不必要的數(shù)控機(jī)床損害、制造返工與加工浪費;另一方面，通過仿真也可以預(yù)測可能的加工事故與風(fēng)險，有利于管理者提前做好規(guī)避事故與風(fēng)險的決策。

圖7 數(shù)控加工仿真過程示意圖

［1］ 張雅瓊．?dāng)?shù)控系統(tǒng)及其技術(shù)發(fā)展趨勢［J］．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010(6):161－162．

［2］ 唐霞，謝利民．典型零件在數(shù)控加工中心上的加工［J］．機(jī)床與液壓，2011，39(16):38 －40．

［3］ 李翠翹，李建政．零件機(jī)械加工工藝設(shè)計原則的探討［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用，2005，18(5):67－68．

［4］ 李斌．基于Solid Works機(jī)加工工藝規(guī)程工序圖自動生成的研究［D］．鄭州:鄭州大學(xué)，2011．

［5］ 陳成．FANUCOi系統(tǒng)數(shù)控車床的宏程序編制［J］．廣西輕工業(yè)，2009，25(8):33－34．

［6］ LONG Y，ZHU C，SHENG D．Research and implement of open CNC system［J］．Ordnance Industry Automation，2003(1):10－11．