轴类零件数控加工工艺分析与编程*

卢小燕

(广州南洋理工职业学院，广东 广州 510925)

0 引言

数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一[1]，数控车床与普通车床一样主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。普通车削加工的零件质量和效率很大程度是由操作者的经验来决定的，而数控车削加工是按照已经编好的程序加工零件，高质量的数控程序决定着零件的加工质量和加工效率，这是因为数控加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括刀具切削用量的确定、走刀路线等工艺信息。本文以一个轴类零件为例，对其数控加工工艺进行了分析和编程。

1 零件图纸分析

图1为轴类零件的零件图。已知该零件的毛坯为Φ30 mm的铝合金，要求在FANUC0i系统数控车床上加工M10×1的外螺纹、宽3 mm的退刀槽、Φ15 mm的圆柱面、R7.5的凹圆面、大端Φ20 mm总长11 mm的圆锥面、R12.5的凸圆面、Φ24 mm的圆柱面。Φ24 mm的圆柱面尺寸公差为上偏差+0.021 mm、下偏差0。该工件Φ24 mm的圆柱面、Φ15 mm的圆柱面的表面粗糙度均为Ra3.2 μm，R12.5的圆弧面的表面粗糙度为Ra6.3 μm，其他表面粗糙度为Ra12.5 μm，加工中需要安排粗车加工和精车加工。

图1 轴类零件

2 确定加工工艺

2.1 工件的装夹与定位

该零件装夹选用通用三爪自定心卡盘夹持零件的毛坯外圆，工件在装夹时夹紧力应适中，夹紧力太大容易夹伤工件，夹紧力不够又会造成加工过程中工件松动，零件伸出的长度应考虑机床的限位距离(机床装有限位碰块)，零件加工总长为70 mm,所以零件伸出离卡盘端面约90 mm。

2.2 加工刀具的确定

分析零件图，确定加工该零件需要采用90°外圆车刀、尖外圆车刀(车削成形面用的)、螺纹车刀和切断刀。

2.3 切削用量的确定

数控车削的切削用量包括背吃刀量、主轴转速和进给量。在编程之前，应合理选择进给量、背吃刀量以及主轴转速，只有这三者互相适应，才能形成最佳的加工效果，下面以外圆车刀切削用量的选取及计算为例进行分析。

(1) 背吃刀量的确定。结合机床系统刚性以及所用刀具的质量，粗车每刀背吃刀量为3 mm。由于零件的加工精度要求较高，所以除了粗加工，还需半精加工和精加工，半精加工背吃刀量为1 mm～1.5 mm，精加工背吃刀量为0.5 mm。

(2) 主轴转速n的确定。主轴转速n的确定应根据零件被加工部位的直径以及零件的材料、刀具的材料和切削速度来确定。在生产中，可以根据以下公式来计算主轴转速n(r/min)[2]：

n=1 000vc/(πd).

其中：vc为切削速度，经查表1并结合自身的刀具质量取vc=60 m/min；d为工件的直径，取工件直径d=30 mm。分别将切削速度、工件直径代入公式(1)，求得n≈637 r/min，取主轴转速n=630 r/min。

表1 刀具切削参数表

(3) 进给量的确定。进给量的大小直接影响零件表面粗糙度值和加工效率，在保证零件表面质量的前提下，结合刀具、零件材料，查阅切削用量手册选取进给量为0.3 mm/r。

2.4 位置点

在编程时应选择合适的工件零点和换刀点。

(1) 工件零点。为了满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等条件，该零件的工件坐标原点和程序原点应放在工件的右端面中心。

(2) 换刀点。为防止在换刀时刀具与工件或尾座碰撞及为了节约移动换刀时间，换刀点应设置在(X100，Z100)的位置上。

2.5 车削方式的设计

(1) 用G94(端面切削循环指令)平端面。

(2) 用G71(内、外径粗车复合循环指令)按图2 G71加工路线图所示粗车零件轮廓各部位。

(3) 结合用G01、G02、G03对零件轮廓进行连续精车。

(4) 用G92(螺纹切削循环指令)加工M10×1的螺纹。

图2 G71加工路线图

3 程序的编制

首先调用1号外圆车刀粗车零件，其次调用2号尖外圆精车刀精车零件直至零件尺寸，接着调用3号外螺纹车刀加工M10×1螺纹，最后用4号切断刀车断工件。

轴类零件加工的参考程序如下：

O0000;

G99T0101;

M03S630;

G00X32Z2;

G94X0Z0F0.2;

G71U1.5R0.5;

G71P10Q30U0.5W0.1F0.3;

N10G00X7.8;

N12G01Z0;

N14X9.8Z-1;

N16Z-15;

N18X13;

N20X15Z-16;

N22Z-35;

N24X20Z-46;

N26G03X28Z-55R12.5F0.2;

N30G01Z-70;

G00X100Z100;

T0404;

M03S500;

G00X32Z2;

Z-66;

G94X24.5Z-66F0.1;

Z-69;

Z-72;

Z-75;

G00X100Z100;

T0202;

M03S630;

G00X17Z2;

Z-10.5;

G01X12F0.5;

X9Z-12F0.2;

Z-15;

X16F0.5;

Z-25F1.;

G02Z-35R7.5F0.2;

G00X32;

Z-55;

G01X28.5Z-55F0.2;

G03X24.5Z-62R12.5F0.2

G01X32F0.8;

G00Z2;

G01X5.8Z1F0.5

X9.8Z-1F0.12;

Z-10.5;

X8Z-12;

Z-15;

X13;

X15Z-16;

Z-25;

G02Z-35R7.5;

G01X20Z-46;

G03X24Z-62R12.5;

G01Z-74.5;

X32F1;

G00X100Z100;

T0303;

M03S500;

G00X13Z2;

G92X9.2Z-12.5F1;

X8.9;

X8.8;

X8.7;

X8.65;

X8.65;

G00X100Z100;

M05;

M00;

T0404;

M03S500;

G00X32Z2;

Z-74.5;

G01X26F0.2;

X22F0.1;

X26F1.;

Z-73.5;

X24F0.2;

X22Z-74.5F0.1;

X0;

X32F1;

G00X100Z100;

M05

M30

4 结语

制定加工工艺是数控车削的前期准备工作，工艺制定得是否合理，对零件的加工质量和机床的加工效率都有很大的影响。因此，遵守工艺原则，结合数控车床的加工特点，制定好零件的数控车削加工工艺是加工出合格零件的保证。