多階梯軸數(shù)控車削工藝設計與仿真加工

金 江

(重慶科創(chuàng)職業(yè)學院，重慶 402160)

0 引言

多階梯軸零件在數(shù)控車削加工中較為常見,因其結(jié)構(gòu)復雜,加工技術難度較大,涉及到零件節(jié)點坐標的計算、加工刀具選擇與安裝、工件的裝夾與定位、切削用量的合理選用、加工精度與表面粗糙度等多項技術要點。本文針對多階梯軸進行了數(shù)控車削工藝設計及仿真加工。

1 零件圖分析與計算

圖1為本文加工的多階梯軸零件圖。零件結(jié)構(gòu)較為復雜,包含了5處圓柱面、2處圓錐面、3處倒角需要加工。

圖1 多階梯軸零件圖

(1) 5處圓柱表面直徑從右往左分別為8 mm、10 mm、20 mm、30 mm、20 mm,尺寸上偏差都為0,下偏差分別為0.1 mm、0.04 mm、0.021 mm、0.039 mm、0.1 mm。尺寸精度要求較高,需要嚴格控制精車余量[1],保證加工尺寸在公差范圍之內(nèi)。

(2) 第1處圓錐面錐度值為1∶5,最小圓錐直徑d1=12 mm,圓錐體長度L1=20 mm,上偏差0,下偏差0.1;第2處圓錐面圓錐角度為60°,最小圓錐直徑d2=20 mm,圓錐體長度L2=5 mm。

最大圓錐直徑計算公式為:

tan(α/2)=C/2=(D-d)/(2L).

(1)

其中:α/2為圓錐半角;C為錐度;D為最大圓錐直徑;d為最小圓錐直徑;L為圓錐體長度。

將數(shù)值代入式(1)計算得:第1處最大圓錐直徑D1=16 mm,第2處最大圓錐直徑D2=25.774 mm。

(3) 考慮3處倒角尺寸C1采用外圓車刀在精車路徑中完成加工,零件最小加工直徑為8 mm,最大加工直徑為30 mm,零件總長為70 mm,零件剛性較差;3處工件表面粗糙度要求Ra1.6,其余表面粗糙度Ra3.2,加工中需要考慮切削用量的合理選用,盡量減少車削加工中的變形量,達到加工精度及表面粗糙度的要求。

2 加工工藝設計

2.1 工件安裝方案

本零件采用三爪卡盤進行工件安裝,技術要點如下:三爪卡盤具有自動定心作用,一般不需校正,但裝夾較長的工件時,工件離卡盤夾持部分較遠處的旋轉(zhuǎn)中心不一定與車床主軸旋轉(zhuǎn)中心重合,需校正[2]?？紤]到加工變形問題,將零件分為左端和右端,采用雙向掉頭裝夾方式進行毛坯定位及夾緊。

2.2 刀具的選擇與安裝

本零件結(jié)構(gòu)較為復雜,零件尺寸較多,公差要求較高,除了選擇合理的刀具外,還需根據(jù)刀具參數(shù)進行正確安裝,刀尖位置嚴格對準零件中心,切槽刀刀片切削刃應嚴格與零件母線保持平行,防止切削加工過程中發(fā)生干涉及振動。

2.3 量具的選擇

多階梯軸零件測量表面較多,包含了圓柱面尺寸、長度尺寸、角度尺寸、錐度尺寸、表面粗糙度等多種測量要求,本文采用游標卡尺檢驗圓柱面尺寸及長度尺寸,采用萬能角度尺檢驗圓錐角度尺寸,采用表面粗糙度樣板對比檢驗Ra值。

2.4 切削用量的選擇

考慮到工藝系統(tǒng)剛性問題,外圓粗車選擇2 mm背吃刀量,以減少走刀次數(shù),提高效率;外圓精車選擇0.5 mm背吃刀量,以減小加工變形,保證零件尺寸精度。

2.5 工序卡片設計

根據(jù)多階梯軸零件的工藝分析,編寫數(shù)控車削工藝,如表1所示。

表1 多階梯軸數(shù)控車削工藝

3 編制零件加工程序

采用華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-21T指令編寫的多階梯軸數(shù)控車削加工程序[3]如表2所示。

表2 多階梯軸數(shù)控車削加工程序

4 多階梯軸仿真加工

4.1 毛坯參數(shù)設置及安裝

根據(jù)零件圖尺寸,考慮選擇直徑Φ35 mm、長度75 mm的棒料作為毛坯,材質(zhì)為40碳素結(jié)構(gòu)鋼,毛坯形狀為圓柱形,選擇三爪卡盤安裝,毛坯懸長應超過零件加工長度10 mm左右。

4.2 刀具參數(shù)設置及安裝

考慮采用刀尖角度為80°、主偏角為95°、刀刃長度為12 mm、刀尖圓弧半徑為0.8 mm的外圓車刀進行圓柱表面及圓錐表面的加工,刀具安裝位置為1號刀位;選用刀片寬度5 mm、刀尖圓弧半徑為0.2 mm的切槽刀進行端面及零件總長尺寸加工,刀具安裝位置為2號刀位。

4.3 建立工件坐標系

在手輪方式下,調(diào)用1號刀具,試切端面,操作數(shù)控操作面板進入刀偏表,選擇刀偏號為#0001號,對應試切長度參數(shù)欄,輸入試切長度值為0.0,點擊確定按鈕;然后繼續(xù)使用1號刀具,試切毛坯外圓,測量試切后的外圓直徑值,對應試切直徑欄,輸入試切直徑值,點擊確定按鈕;完成1號刀具工件坐標系的建立。

4.4 零件仿真加工

完成毛坯參數(shù)設置及安裝、刀具參數(shù)設置及安裝并建立工件坐標系工作以后,將程序?qū)霐?shù)控系統(tǒng),進入自動方式,便可使用數(shù)控仿真系統(tǒng)完成對多階梯軸數(shù)控車削仿真加工,加工效果如圖2、圖3所示。

圖2 多階梯軸右端仿真加工

5 結(jié)語

本文對多階梯軸進行數(shù)控車削工藝設計及仿真加工,通過數(shù)控仿真系統(tǒng)完成了毛坯尺寸的選擇與安裝,刀具參數(shù)的選擇與安裝,工件的定位與裝夾方案的實施,刀具路徑的設計與仿真加工,有效地檢驗了零件車削工藝的可行性,校驗了零件數(shù)控車削程序的正確性,杜絕了試切原材料的浪費,節(jié)省了大量的機床占機調(diào)整時間[4],為從事數(shù)控車床編程與加工工作的專業(yè)技術人員提供了較為實用的參考。