■湖南省湘西民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （吉首 416000） 方媛州

應(yīng)用數(shù)控自動(dòng)編程快速車削畸形復(fù)雜工件

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介紹2014年9月份第六屆全國數(shù)控技能大賽湖南省選拔賽實(shí)操試題之一的軸套三組合中的連接錐套和偏心錐軸加工情況。針對(duì)其技術(shù)要求和復(fù)雜、畸形的特點(diǎn)進(jìn)行工藝分析，采用數(shù)控自動(dòng)編程等加工方法，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量地順利完成了加工任務(wù)。

連接錐套和偏心錐軸是組成軸套三組合的零件。除尺寸必須符合圖樣要求外，還要保證在與其他件組合后滿足圖樣的組合技術(shù)要求。特別是在技能大賽中，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)要完成各零件的加工和裝配工作，時(shí)間緊、難度大，如果采用的加工工藝不準(zhǔn)確，將會(huì)直接影響到零件的尺寸精度和裝配效果，甚至可能導(dǎo)致一些零件無法加工，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完不成零件的加工。在此軸套三組合中，連接錐套和偏心錐軸的加工難度較大，形狀較復(fù)雜，且在組合中具有相對(duì)重要的位置，因此，除了考慮尺寸精度和形位公差要符合圖樣技術(shù)要求外，還應(yīng)兼顧組合技術(shù)要求?？衫米詣?dòng)編程的數(shù)字處理、糾錯(cuò)能力強(qiáng)，能快速自動(dòng)生成數(shù)控程序的特點(diǎn)，采用自動(dòng)編程方法，對(duì)連接錐套和偏心錐軸進(jìn)行快速、準(zhǔn)確編程及加工。

1. 連接錐套工藝分析

圖1所示為總組裝圖。工件材料為45鋼，心軸、偏心錐軸和連接錐套的毛坯尺寸分別為φ65mm×150mm、φ85mm×95mm和φ85mm×105mm，工時(shí)定額為6h/套。仔細(xì)分析圖樣，根據(jù)毛坯尺寸分配好材料；按技術(shù)要求以及所包含的配合類型，找出加工難點(diǎn)和加工關(guān)鍵技術(shù)，確定配合基準(zhǔn)；決定各零件的加工順序，然后根據(jù)加工順序制定出各零件的加工工序。

連接錐套如圖2所示，其主要技術(shù)要求是：φ820-0.054mm外圓軸線相對(duì)φ800-0.03mm軸線C基準(zhǔn)同軸度誤差≤0.03mm；R29+0.030mm內(nèi)圓弧表面相對(duì)φ800-0.03mm軸線C基準(zhǔn)的跳動(dòng)誤差≤0.025mm。采用的加工方法是：先車右端，用“一刀車出”的方法將這些部分同基準(zhǔn)一道車出來，從而保證位置公差精度。

圖1 軸套三組合

圖2 連接錐套

連接錐套車削工序?yàn)椋很囅鬟B接錐套右端→車削連接錐套左端→檢驗(yàn)。

車削連接錐套右端的裝夾如圖3所示。在調(diào)頭加工左端時(shí)，應(yīng)包紫銅皮裝夾、校正φ800-0.03mm外圓，定總長(zhǎng)；車內(nèi)圓錐和端面槽，最后車偏心。

2. 零件的加工工藝實(shí)施

將連接錐套的加工工序進(jìn)行合理的優(yōu)化整合，使之更為連貫，達(dá)到減少裝夾次數(shù)、減少機(jī)床調(diào)整次數(shù)、提高刀具的使用率以及方便加工的目的。在保證形位公差的情況下，靈活運(yùn)用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，在一次裝夾下完成更多的加工內(nèi)容。

圖3 連接錐套的裝夾

外輪廓橢圓加工刀具及切削用量

以連接錐套的橢圓部位加工為例，加工方法如下：

（1）確定毛坯及裝夾方式?？紤]該零件毛坯為實(shí)心圓棒料，使用自定心卡盤夾緊工件，車夾持位φ83mm×80mm，平端面。

（2）確定數(shù)控刀具及切削用量。根據(jù)特殊外輪廓的加工要求，選擇刀具及切削用量如附表所示。

（3）毛坯及外輪廓的建模。通過CAXA數(shù)控車軟件直接繪制橢圓毛坯輪廓和加工軌跡輪廓來實(shí)現(xiàn)。不需要畫出完整的零件圖，直接按照橢圓最終尺寸進(jìn)行繪制。

（4）加工程序自動(dòng)生成及參數(shù)設(shè)置。首先選擇橢圓加工軌跡和毛坯輪廓，并設(shè)置“輪廓粗車”和“輪廓精車”的各項(xiàng)加工參數(shù)、進(jìn)退刀參數(shù)及切削用量等。系統(tǒng)自動(dòng)生成“記事本”文件，將其生成的G代碼CNC數(shù)控程序保存。

（5）CNC程序自動(dòng)傳輸。通過R232串行口，直接傳輸給數(shù)控機(jī)床的MCU，高效、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了特殊輪廓的自動(dòng)編程及加工。

此車削橢圓的自動(dòng)編程方法避開了變量設(shè)定、程序語言結(jié)構(gòu)設(shè)定、坐標(biāo)平移變換等多種計(jì)算機(jī)及數(shù)學(xué)處理方法、計(jì)算出錯(cuò)以及程序手工輸入等效率低的不利因素。采用軟件自動(dòng)編程方法，在外輪廓是拋物線、雙曲線的非圓弧的復(fù)雜曲面編程中優(yōu)勢(shì)明顯，兼具了編程效率與編程質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。

3. 數(shù)控車自動(dòng)編程及設(shè)置

以軸套三組合中的偏心錐軸（見圖4）為例，運(yùn)用CAXA完成零件的特殊圓弧粗、精加工等刀具軌跡，實(shí)現(xiàn)仿真加工。合理設(shè)置機(jī)床的參數(shù)，生成加工程序代碼和通過R232串行口直接輸入至數(shù)控系統(tǒng)，避免了復(fù)雜的面板輸入操作，大量減少了靠手工計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的輔助時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)非圓弧的復(fù)雜曲面編程。自動(dòng)編程加工所需時(shí)間是手工編程加工所需時(shí)間的1/2左右，大大提高了組合件的加工效率。

圖4 偏心錐軸

（1）毛坯及外輪廓的建模。以加工偏心錐軸外輪廓凹凸圓弧為例，通過分析圖樣，繪制零件的加工部分外輪廓草圖如圖5所示。將坐標(biāo)系原點(diǎn)選在零件的右端面和中心軸線的交點(diǎn)上，繪出毛坯輪廓、零件實(shí)體和切斷位置。

（2）零件外輪廓的自動(dòng)編程。外輪廓的粗車軌跡生成：根據(jù)加工工藝中先粗后精的加工原則，首先對(duì)外輪廓進(jìn)行輪廓粗車加工。以外輪廓粗車為例，運(yùn)用左、右兩把偏刀對(duì)該復(fù)雜輪廓進(jìn)行加工，才能實(shí)現(xiàn)此凹凸圓弧的順利完成。單擊工具欄上的

圖標(biāo)，根據(jù)加工要求設(shè)定粗車參數(shù)表中的加工參數(shù)、進(jìn)退刀方式、切削用量和輪廓車刀。加工參數(shù)設(shè)置和輪廓車刀的選取如圖6、圖7所示。在設(shè)置

圖5 偏心錐軸加工外輪廓和加工毛坯輪廓

圖8 輪廓拾取圖進(jìn)退刀方式時(shí)，需注意把進(jìn)退刀方式全部選中“垂直”，且退刀距離設(shè)置為“2”；在需要添加輪廓車刀時(shí)，可單擊工具欄上的

圖標(biāo)，并根據(jù)要求設(shè)置好相應(yīng)的刀具參數(shù)。

在各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置后，根據(jù)系統(tǒng)提示分別拾取被加工輪廓和毛坯輪廓。采用限制鏈?zhǔn)叭》绞?，分別拾取被加工輪廓的起點(diǎn)部分輪廓線和終點(diǎn)部分輪廓線，再接著選取毛坯輪廓線，根據(jù)刀具軌跡選擇合適的進(jìn)退刀點(diǎn)（見圖8），系統(tǒng)則自動(dòng)生成粗車外輪廓的刀具軌跡圖（見圖9）。

圖6 粗車加工參數(shù)設(shè)定

圖7 粗車輪廓車刀參數(shù)設(shè)定

外輪廓的粗車加工軌跡仿真及程序自動(dòng)生成：為驗(yàn)證加工程序是否存在干涉及過切現(xiàn)象，該軟件可對(duì)生成的加工軌跡進(jìn)行模擬仿真。具體操作如下。①單擊主菜單欄中的“數(shù)控車”，在下拉菜單中點(diǎn)擊“軌跡仿真”命令。②在界面的左下方系統(tǒng)提示區(qū)選擇“二維實(shí)體”、“缺省毛坯輪廓”方式，在系統(tǒng)的提示下點(diǎn)擊“拾取刀具軌跡”。③單擊“回車（Enter）”鍵或單擊鼠標(biāo)右鍵“確定”，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)彈出“軌跡仿真控制條”對(duì)話框（見圖10），然后選擇播放，系統(tǒng)即開始刀具加工軌跡的仿真。④單擊主菜單“數(shù)控車”→“代碼生成”命令或者單擊數(shù)控車工具欄中的“代碼生成”圖標(biāo)，根據(jù)系統(tǒng)提示，填寫“后置文件”對(duì)話框，保存后置文件（*.cut）的地址，填寫相應(yīng)的文件名稱后，單擊“打開”按鈕，拾取相應(yīng)的刀具軌跡，系統(tǒng)自動(dòng)生成“記事本”文件，該文件即為生成的數(shù)控代碼加工程序。

圖9 粗車加工軌跡圖（左偏刀軌跡路線圖）

（3）機(jī)床設(shè)置及程序后置處理。由于生成加工程序代碼可通過R232串行口直接輸入至數(shù)控系統(tǒng)，考慮機(jī)床采用的數(shù)控系統(tǒng)不同，會(huì)導(dǎo)致G代碼指令的語言格式也有差別，因此需要添加機(jī)床設(shè)置和程序后置處理方法來解決。以GSK數(shù)控系統(tǒng)為例，具體操作如下：?jiǎn)螕糁鞑藛巍皵?shù)控車”→“機(jī)床設(shè)置”命令或者單擊數(shù)控車工具欄中的“代碼生成”圖標(biāo)，添加GSK數(shù)控機(jī)床，并設(shè)置主軸控制，數(shù)值插補(bǔ)方法、補(bǔ)償方式、程序啟停等相應(yīng)操作的G代碼指令，以達(dá)到簡(jiǎn)化程序的目的。

4. 結(jié)語

圖10 軌跡仿真控制條對(duì)話框

正確合理地運(yùn)用自動(dòng)編程等技術(shù)，往往能夠取得事半功倍的效果。該例特別適用于我們學(xué)院的教學(xué)。有不少學(xué)員對(duì)加工的零件工藝分析和編程方法選擇認(rèn)識(shí)不足，往往一邊加工一邊想辦法，特別是對(duì)于組合件和復(fù)雜、畸形工件的加工。通過該例使大家認(rèn)識(shí)到，加工前對(duì)零件進(jìn)行正確的工藝分析，抓住其特點(diǎn)和加工最大難度，分別采取切實(shí)可行的措施，是能取得好成績(jī)的。

[1] 晏丙午. 高級(jí)車工工藝與技能訓(xùn)練[M]. 北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2006.

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20150105）