典型非圓曲線軸類輪廓車削加工工藝研究

陳 琪

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104)

0 引言

軸類零件是機(jī)械加工中經(jīng)常遇到的典型零件之一，主要由圓柱面、圓錐面、非圓曲線面、螺紋、溝槽、內(nèi)孔及端面所組成[1-3]。軸類零件主要用來傳遞扭矩和支承傳動(dòng)件，一般分為階梯軸、空心軸、光滑軸、異形軸等，而機(jī)械傳動(dòng)的重要性要求軸類零件必須具有較高的精度和配合公差[4-6]。本文以典型的非圓曲線軸類零件為例，通過分析其技術(shù)要求、加工路線、關(guān)鍵工序及非圓曲線程序設(shè)計(jì)、首件調(diào)試過程控制等，為同類零件的加工提供借鑒和參考。

1 典型非圓曲線軸類零件加工工藝分析

1.1 技術(shù)要求

1.2 加工路線

選擇機(jī)床型號(hào)為沈陽機(jī)床廠生產(chǎn)的斜床身V2型數(shù)控車床，搭配FANUC 0i TD高性能穩(wěn)定系統(tǒng)。零件分兩次裝夾加工，第一次裝夾完成零件所有外輪廓的加工，主要包括外圓、退刀槽、外螺紋、非圓曲面等；第二次掉頭裝夾完成左側(cè)內(nèi)孔的車削加工。

1.2.1 零件外輪廓加工路線

如圖2所示，夾住毛坯車端面，確保毛坯伸出三爪卡盤的長(zhǎng)度大于105 mm以上。

零件外輪廓的加工路線為：鉆中心孔-粗車外輪廓至長(zhǎng)度100 mm處-精車外輪廓至長(zhǎng)度100 mm處-車退刀槽5×1.5 mm-車外螺紋M30×1.5-6g-粗車橢圓及拋物線曲面-精車橢圓及拋物線曲面。

圖1 典型非圓曲線軸類零件

1.2.2 零件左側(cè)內(nèi)孔加工路線

加工工藝路線為：手動(dòng)車端面-手動(dòng)鉆孔-粗車左側(cè)R20、Φ22內(nèi)孔輪廓-精車左側(cè)R20、Φ22內(nèi)孔輪廓。

2 關(guān)鍵加工工序及非圓曲線程序設(shè)計(jì)

2.1 零件右側(cè)外輪廓粗精加工

車削外輪廓時(shí)，選用1號(hào)93°外圓車刀，刀桿及刀片型號(hào)見表1，考慮輪廓從右向左依次單調(diào)遞增，故采用G71矩形復(fù)合循環(huán)指令粗加工效率較高，設(shè)計(jì)背吃刀量為1 mm，退刀量為1 mm。精加工時(shí)，刀具首先定位在外輪廓起始點(diǎn)，進(jìn)給量為1 mm/r，接著慢速車削外圓C1.5倒角，進(jìn)給量為0.05 mm/r，依次車削Φ29.8 mm外圓(螺紋光軸，圖1中沒標(biāo)出)、臺(tái)階軸，銳邊倒角，車削Φ36 mm外圓；車削R22圓弧時(shí)，為保證圓弧的表面質(zhì)量，進(jìn)給量為0.03 mm/r；最后車削Φ48 mm外圓。外輪廓粗精加工后的零件見圖4。

圖2 零件加工右側(cè)外輪廓裝夾示意圖 圖3 零件左側(cè)內(nèi)孔加工裝夾示意圖

表1 刀桿和刀片型號(hào)

2.2 零件右側(cè)外螺紋加工

右側(cè)螺紋的規(guī)格為M30×1.5，車削時(shí)，換3號(hào)螺紋刀，計(jì)算螺紋車削總的余量：1.2P=1.2×1.5=1.80 mm(其中P為螺距)。螺紋車削時(shí)，刀具受到的阻力較大，必須小進(jìn)給量多次車削，考慮到零件的材質(zhì)及刀具性能，可分5次車削。第1次車削余量為0.8 mm；第2次車削余量為0.6 mm；第3次車削余量為0.3 mm；第4次車削余量為0.1 mm；第5次車削余量為0 mm。

2.3 非圓曲線車削加工

非圓曲線的車削加工是零件編程和加工的難點(diǎn)，主要含拋物線和橢圓兩段曲線。曲線處曲率較大，曲線彎曲，采用普通刀具加工時(shí)容易造成過切或干涉現(xiàn)象，所以宜選用35°對(duì)中尖刀。選用2號(hào)對(duì)中尖刀，采用一夾一頂?shù)姆绞竭M(jìn)行拋物線和橢圓曲面加工，如圖5所示。拋物線中，設(shè)置拋物線起點(diǎn)到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離#110=-64.82 mm，#111為拋物線中心Z到起點(diǎn)的距離，#112為方程值，#113為X坐標(biāo)值，其中#111為變量，每次變化0.1 mm；橢圓曲線中，設(shè)置#110為橢圓起點(diǎn)到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離，#111為橢圓中心Z到起點(diǎn)的距離，#113為X坐標(biāo)，#111為Z坐標(biāo)，設(shè)置Z方向每次變量為0.1 mm。具體加工程序如下：

T0202；

G00 X50 Z-64.82；

G73 U9 R10；

G73 P10 Q20 U0.6 F0.15；

N50 G01 X48 F0.05；

#110=-64.82；

N100 #111=76+#110；

#112=0.08*#111*#111；

#113=15+#112；

G01 X[2*#113] Z#110 F0.05；

#111=#111-0.1；

IF[#110 GE-76] GOTO 100；

#110=-76；

N200 #111=76+#110；

#112=15*SQRT[1-#111*#111]/100；

#113=30-#112；

G01 X[2*#113] Z#110 F0.08；

#111= #111-0.1；

IF[#113 LT25] GOTO 200；

N20 G01 X50 F1；

2.4 左側(cè)內(nèi)孔加工

左側(cè)內(nèi)孔加工時(shí)宜采用鏜刀刀桿，刀桿型號(hào)為S12M-SDUCR07D，刀片型號(hào)DCMT070202-PS，為確保加工時(shí)內(nèi)孔表面無振紋，刀桿伸出長(zhǎng)度為25 mm?？紤]到內(nèi)孔輪廓由外向內(nèi)單調(diào)遞減，宜采用G71矩形車削循環(huán)指令編程。設(shè)置背吃刀量為1 mm，退刀量為0.1 mm，粗加工時(shí)進(jìn)給量為0.1 mm/r，精加工時(shí)進(jìn)給量為0.05 mm/r。

圖4外輪廓粗精加工后的零件 圖5非圓曲線加工示意圖

3 首件調(diào)試過程分析

根據(jù)以上加工工藝方案，進(jìn)行了程序編制和反復(fù)的程序模擬，并在V2型斜床身數(shù)控車床上進(jìn)行了加工驗(yàn)證，首次產(chǎn)品調(diào)試出現(xiàn)了以下幾個(gè)問題：

(1) 拋物線和橢圓組成的曲面處表面粗糙度值過高。曲面處表面質(zhì)量不高、比較粗糙，主要是由于非圓曲線加工時(shí)Z方向的變量步距設(shè)置偏大，首次編程調(diào)試時(shí)，變量值為0.1 mm，將變量值改為0.05 mm后，曲面處的表面質(zhì)量得到很大改善，可達(dá)到Ra1.6，滿足加工要求。

(2) 內(nèi)孔R(shí)22圓弧不完整。首件產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)孔中R22圓弧加工不完整，鏜刀鏜削內(nèi)孔的深度不夠，主要原因是內(nèi)孔加工時(shí)鏜刀的對(duì)刀操作出現(xiàn)偏差。針對(duì)這一問題，解決途徑有兩個(gè)：一是在內(nèi)孔加工之前要對(duì)鏜刀重新精確對(duì)刀；二是在鏜刀磨損補(bǔ)償中輸入相應(yīng)補(bǔ)償值。

(3) 外輪廓粗加工后尺寸值偏小。根據(jù)程序設(shè)置，外輪廓的精加工余量為0.6 mm，粗加工后外圓直徑值預(yù)留量通常大于0.6 mm，如果出現(xiàn)偏小的情況主要是由于對(duì)刀不精確所致。此時(shí)應(yīng)對(duì)零件外圓精確測(cè)量，然后在外圓刀磨損補(bǔ)償中進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，接著再進(jìn)行外輪廓精加工，直至加工至圖紙尺寸。

4 結(jié)語

分析了典型非圓曲線軸類零件的技術(shù)要求、加工路線、關(guān)鍵工序及非圓曲線程序設(shè)計(jì)，然后在機(jī)床上進(jìn)行了首件調(diào)試，并對(duì)調(diào)試過程中的問題進(jìn)行分析與解決。生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用上述加工工藝方案，能有效地解決非圓曲線軸類輪廓加工過程中出現(xiàn)的問題，大大提高了零件的加工精度和效率，實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)，對(duì)同類零件的車削加工也具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義和價(jià)值。