典型運動機構(gòu)中含圓弧面零件的工藝設(shè)計、編程與加工

李亞平　孟麗霞

【摘 要】本文對典型運動機構(gòu)-凸輪機構(gòu)的含圓弧面類零件進行了結(jié)構(gòu)特點分析，運用工藝?yán)碚撨M行了零件工藝設(shè)計， 并應(yīng)用FANUC系統(tǒng)實現(xiàn)圓弧類零件的程序編寫與數(shù)控加工。該凸輪機構(gòu)為運動形式轉(zhuǎn)換機構(gòu)，機構(gòu)將圓弧手柄的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為頂桿零件的直線運動，在機構(gòu)中圓弧類零件手柄十分重要。文中圓弧面類零件的工藝設(shè)計、編程與加工，對相關(guān)零件工藝設(shè)計、編程和加工提供了一定的參考價值。

【關(guān)鍵詞】圓弧零件 工藝設(shè)計 編程加工

1 引言

運動機構(gòu)是構(gòu)成機械的重要組成部分，其主要實現(xiàn)機器動力和運動的傳遞和轉(zhuǎn)化。圖1所示為一典型運動機構(gòu)，通過一凸輪的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)頂桿的往返運動。該機構(gòu)組成的零件及部件包括頂桿、橢圓凸輪軸、凸模、凹模、配合件、手柄和連桿等，其中含圓弧面的零件-手柄是數(shù)控車削加工的典型加工零件，在一些情況下，為滿足使用要求，經(jīng)常會碰到外圓弧輪廓的加工。如何制訂含圓弧面零件的數(shù)控加工工藝、編制其加工程序成為關(guān)鍵。

在圓弧面零件的數(shù)控車床加工中，不論是手工編程還是自動編程，都要對加工零件進行工藝分析，并把加工零件的全部工藝過程、工藝參數(shù)、刀具參數(shù)和切削用量及位移參數(shù)等編制成程序，以數(shù)字信息的形式存儲在數(shù)控系統(tǒng)的存儲器內(nèi)，控制數(shù)控機床進行加工。所以數(shù)控加工工藝分析是十分重要的工作，程序員應(yīng)全面周到地考慮零件加工的全過程，以及正確合理地編制零件的加工程序[1-2]。

本文主要利用典型運動機構(gòu)的圓弧手柄為例進行外圓弧輪廓車削加工的具體工藝分析，成形手柄零件圖2所示，并在此基礎(chǔ)上運用FANUC系統(tǒng)進行零件的編程和加工。

2 工藝設(shè)計

對零件的工藝設(shè)計一般包括零件結(jié)構(gòu)特點分析、定位基準(zhǔn)選擇、加工階段劃分、定位方法選擇、切削用量選擇、刀、夾、量具選擇等，通過詳細的工藝分析為編程和加工提供方便。以機構(gòu)成形手柄為例分析含圓弧面零件的工藝設(shè)計、編程與加工[1-3]。

2.1 含圓弧面零件的結(jié)構(gòu)工藝分析

（1）含圓弧面零件的結(jié)構(gòu)工藝特點；表面輪廓形狀是曲線，如手柄、圓球等，這些帶有曲線的表面叫做特形面，也叫成型面。（2）含圓弧零件的加工；在普通車床加工可采用雙手控制法、成型刀法、靠模法、專用刀具法等加工方法，但這些方法效率低，加工精度不高，勞動強度大。在數(shù)控車床上加工是用圓弧插補指令（G02/G03）編程進行切削，使刀具在指定平面內(nèi)按指定的進給速度F做圓弧切削運動，切削出圓弧輪廓形狀。也可以運用復(fù)雜循環(huán)指令G71/G73/G70。對于橢圓或雙曲線的圓弧表面可以采用宏程序編程加工。（3）定位基準(zhǔn)選擇；實心的軸類零件，精基準(zhǔn)面是頂尖孔，滿足基準(zhǔn)重合和基準(zhǔn)統(tǒng)一，而對于空心軸，除頂尖孔外還有軸頸外圓表面并且兩者交替使用，互為基準(zhǔn)。（4）加工階段劃分；加工階段的劃分依據(jù)：基準(zhǔn)先行；粗、精分開、先粗后精、多次加工。為改善金相組織和加工性能安排合理的熱處理工序。含圓弧面軸類零件各表面先后加工順序，在很大程度上與定位基準(zhǔn)的選擇有關(guān)。當(dāng)零件加工的粗、精基準(zhǔn)選定后，加工順序就大致可以確定了。因為各階段開始總是先加工定位基準(zhǔn)面，即先行工序必須為后面的工序準(zhǔn)備好所用的定位基準(zhǔn)。（5）含圓弧面零件的裝夾和定位方法；含圓弧面軸類零件的夾具主要為三爪定心卡盤。（6）切削用量的選擇；切削用量的基本數(shù)值應(yīng)根據(jù)所選擇的機床性能、相關(guān)手冊并結(jié)合實際經(jīng)驗確定。（7）切削刀具選擇；根據(jù)加工曲面特性和加工過程要求選擇不同角度的不同類型的刀具。（8）車圓弧的加工路線分析；數(shù)控車床上加工圓弧時，一般需要多次走刀，先將大部分余量切除，最后車出圓弧階梯車削路線。即先粗車成階梯，最后一次走刀精車出圓弧。車圓法切削路線。即先用不同半徑同心圓來車削，最后將所需圓弧加工出來。車錐法切削路線。即先車一個圓錐，再車圓弧。但要注意車錐時起點和終點的確定。

2.2 主要工藝設(shè)計過程

（1）所用設(shè)備、刀具、夾具設(shè)備：FANUC-MateOi數(shù)控系統(tǒng)。刀具：1號刀為350外圓偏刀（粗車）；2號刀為300外圓偏刀（精車）；3號刀為切斷刀，刀位點在左刀尖，刀寬為4mm。夾具：對短軸類零件，軸心線為工藝基準(zhǔn)。用三爪自定心卡盤夾持 20外圓，使工件伸出卡盤88mm，一次裝夾完成粗、精加工。量具：游標(biāo)卡尺 0-125mm 外徑千分尺0-25mm 25-50mm。（2）毛坯選擇；采用 20×100的棒料，材料45鋼。（3）加工工序；一、數(shù)值計算，以編程原點定在工件右端面的中心線，用AutoCAD/CAXA軟件的測量工具或幾何計算各基點的坐標(biāo)值。二、工步：設(shè)置工件原點：定在工件右端面中心，取1號刀粗車各外表面，并留0.5mm精車余量，用2號刀精車外圓至尺寸要求，退回換刀點，換3號刀并切斷工件。三、切削用量：轉(zhuǎn)速范圍為500-1600r/min，粗加工切削量為1mm 精加工切削量為0.5mm。（4）加工程序；

（5）運用FANUC數(shù)控系統(tǒng)對零件進行加工圖3所示。

3 結(jié)語

通過本文含圓弧面零件的工藝設(shè)計、編程與加工的探討，了解圓弧面類零件的結(jié)構(gòu)特點、依據(jù)其具體結(jié)構(gòu)進行工藝分析設(shè)計，并運用FANUC數(shù)控系統(tǒng)進行了圓弧類零件的編程和加工。而且任何參數(shù)發(fā)生變化時，只需要適當(dāng)進行修改就能使用。該運動機構(gòu)中的圓弧類零件進行了實際的加工，工藝分析合理，加工編程實用，符合生產(chǎn)實際。

參考文獻：

[1] 霍蘇萍.數(shù)控車削加工工藝編程與操作[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[2] 姚屏，徐偉.數(shù)控車削編程與加工[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3] 李海霞，鄧愛國.數(shù)控工藝員考試指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

作者簡介：李亞平（1970—），男，山西太原人，研究生，副教授，研究方向：機械設(shè)計及數(shù)控加工。E-mail：liyp@bitc.edu.cn