顧 鋒

(南通職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南通 226007)

數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，航空、航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)以及國(guó)家高端裝備制造業(yè))的實(shí)用技術(shù)和最基本的裝備，并且已在當(dāng)今世界機(jī)械制造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用［1］。隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性要求的不斷提高，對(duì)柴油機(jī)燃油噴射量和霧化質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。作為柴油機(jī)噴油系統(tǒng)中的核心部件之一的噴油器體，其工藝質(zhì)量直接關(guān)系到柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性［2］。本文以6190柴油機(jī)噴油器體數(shù)控加工為例，按加工工藝分析→刀具選用→數(shù)控編程與仿真的工藝路線，詳細(xì)說(shuō)明噴油器體的加工過(guò)程，為中小企業(yè)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 噴油器體加工工藝分析

噴油器的任務(wù)是將高壓燃油霧化并噴入燃燒室內(nèi)，其加工質(zhì)量的好壞直接影響柴油機(jī)的工作性能和燃燒效率。本文以6190柴油機(jī)噴油器核心零件噴油器體為研究對(duì)象，該零件主要由孔、外圓、倒角、內(nèi)外螺紋和槽組成，如圖1所示。零件材料為45號(hào)鋼，并經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)和表面淬火等熱處理，具有中心韌性好、表面硬且耐磨、加工精度要求高等特點(diǎn)，加工時(shí)選擇刀具與切削用量都應(yīng)考慮到材料的性質(zhì)。

圖1 6190柴油機(jī)噴油器體零件示意圖

a．選擇毛坯。

鍛件、鑄件、型材等是數(shù)控車(chē)削加工中常用的毛坯。在車(chē)削零件中，軸類(lèi)零件居多。軸類(lèi)零件的毛坯一般有棒料與鍛件兩種。光軸和直徑相差不大的階梯軸一般以棒料為主;外圓直徑相差較大的軸或重要的軸宜選用鍛件?？紤]到噴油器體要承受高壓燃油(10MPa以上)，因此一般選用鍛件。

本文研究的噴油器體零件材料為45號(hào)鋼，圖形尺寸是φ38mm×136．5mm，所以毛坯尺寸取為φ40mm×140mm。

b．確定裝夾方案。

利用三爪卡盤(pán)直接夾緊毛坯件一端，另一端用頂錐頂上(一夾一頂裝夾方式)，限制毛坯件5個(gè)自由度。

(1)三爪卡盤(pán)的三爪卡是同步運(yùn)動(dòng)的，可自動(dòng)定心。裝夾工件方便、省時(shí)，自動(dòng)定心好，所以適用于裝夾外形規(guī)則的中、小型回轉(zhuǎn)體工件。三爪卡盤(pán)有手動(dòng)與液壓兩種類(lèi)型。

(2)一夾一頂裝夾的目的是防止工件發(fā)生軸向位移，因此必須在卡盤(pán)內(nèi)裝一限位支撐或利用工件的臺(tái)階面作限位。該裝夾方式剛性好、軸向定位準(zhǔn)確，且比較安全，能承受較大的軸向切削力，因此應(yīng)用廣泛。

c．工藝路線設(shè)計(jì)。

在數(shù)控車(chē)床上，能夠完成內(nèi)外回轉(zhuǎn)體表面或平面的車(chē)削、螺紋加工，以及經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)軸線的孔或螺紋的鉆孔、鉸孔和攻絲等。相應(yīng)的加工方法由零件表面的加工要求、整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及材料性質(zhì)等因素確定［3］。

加工方法選擇的原則［4］:(1)考慮每種加工方法的經(jīng)濟(jì)精度范圍，要與加工表面的精度要求以及表面粗糙度要求相適應(yīng);(2)加工面的幾何形狀精度、表面位置精度的要求必須確保;(3)加工方法應(yīng)與零件材料的可加工性相適應(yīng);(4)加工方法要與生產(chǎn)類(lèi)型相適應(yīng);(5)加工方法應(yīng)具有現(xiàn)實(shí)可行性，要綜合考慮現(xiàn)有設(shè)備條件和工人技術(shù)水平。

根據(jù)上述原則，確定噴油體零件的加工方法和順序如下(加工特征參見(jiàn)圖1):

車(chē)零件右端面→鉆孔 M10→車(chē)4．6×32．6槽→粗車(chē)右端外形→粗、精鏜內(nèi)孔M10→攻螺紋M12－6H→掉頭裝夾→加工左端面，保證總長(zhǎng)度136．5→鉆孔φ3、平銑φ12→粗、精車(chē)左端外形→車(chē)3 × φ25，2 × φ3．6，4．6 × φ30．6 三槽 → 加工外螺紋M27×1．5→加工側(cè)孔。

此外還有一些輔助工序，主要包括:檢驗(yàn)、清洗、去毛刺、倒棱邊、涂防銹油和平衡等。其中檢驗(yàn)工序是主要的輔助工序，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵之一，待粗加工結(jié)束后，會(huì)在精加工之前執(zhí)行檢驗(yàn)工序。

2 數(shù)控加工刀具選用

本文以零件的車(chē)削數(shù)控加工為研究重點(diǎn)。零件的車(chē)削包括:車(chē)端面、倒角、切槽、鉆孔、加工螺紋。零件材料為45號(hào)鋼，毛坯為φ40×φ140mm。文中數(shù)控系統(tǒng)為FANUC－OTD系統(tǒng)［5］。

選用的刀具及相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1，與加工內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，共選用5把刀，1號(hào)刀為外圓車(chē)刀，2號(hào)刀為切槽刀，3號(hào)刀為外螺紋刀，4號(hào)刀為內(nèi)螺紋刀，5號(hào)刀為內(nèi)孔鏜刀。為了保證加工精度，1，2，3，5號(hào)刀均選用硬質(zhì)合金刀片。

表1 所選刀具參數(shù)

3 數(shù)控加工仿真

由于本研究所有工序的加工內(nèi)容在數(shù)控車(chē)床上就能完成，所以選用Yhcnc宇航數(shù)控仿真網(wǎng)絡(luò)版的計(jì)算機(jī)仿真軟件來(lái)進(jìn)行仿真［6］。

具體步驟如下:

圖2 仿真起始操作

步驟1，如圖2所示，打開(kāi)仿真軟件FANUC－OTD，首先進(jìn)行初始化設(shè)置，然后根據(jù)待加工零件選擇合適的毛坯。

選擇“工件操作”，并在工具欄中選擇“工件大小”，然后根據(jù)提示完成對(duì)話框填寫(xiě)，點(diǎn)擊“確定”，完成毛坯設(shè)置，如圖3所示。

圖3 毛坯設(shè)置

步驟2，由工藝分析選擇合適的刀具并在刀架上安裝。

如圖4所示，選擇“刀具庫(kù)”，然后完成刀具的選擇(如圖5所示)，刀架上成功添加所需刀具。

圖4 刀具庫(kù)管理

步驟3，添加加工程序。

選擇“程序編輯”，添加所需程序號(hào)，在檢查無(wú)誤后保存。

步驟4，對(duì)刀與數(shù)控仿真加工。

(1)首先選擇要對(duì)的刀具，然后在“機(jī)床操作”中選擇對(duì)刀，打開(kāi)刀具補(bǔ)償表，輸入相應(yīng)的刀具補(bǔ)償值，對(duì)刀界面如圖6所示。

圖5 刀具添加

圖6 對(duì)刀界面

(2)選擇自動(dòng)加工，點(diǎn)擊“自動(dòng)”選項(xiàng)，選擇“循環(huán)啟動(dòng)”，此時(shí)程序自動(dòng)運(yùn)行。

零件的加工步驟必須與仿真保持一致。如圖7所示，加工過(guò)程為:選擇刀具→開(kāi)機(jī)→初始化→編制程序→保存→工件裝夾→安裝刀具→對(duì)刀→輸入刀補(bǔ)→自動(dòng)加工→零件檢測(cè)。在數(shù)控加工過(guò)程中，需注意相關(guān)事項(xiàng)，這樣才能確保加工的可靠性。

此外，零件需要進(jìn)行幾項(xiàng)檢測(cè):(1)外徑檢測(cè);(2)內(nèi)孔檢測(cè);(3)螺紋檢測(cè)。對(duì)于外徑和內(nèi)孔檢測(cè)，需要注意所選測(cè)量工具對(duì)精度的影響問(wèn)題;對(duì)于螺紋檢測(cè)，應(yīng)選用與待檢螺紋相匹配的標(biāo)準(zhǔn)螺母。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)目前柴油機(jī)燃油系統(tǒng)中非常重要的噴油器體的數(shù)控加工，通過(guò)分析其加工工藝，確定其加工刀具及相關(guān)加工參數(shù)，并基于Yhcnc仿真加工軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)控加工仿真。通過(guò)加工仿真，可在噴油器正式投入數(shù)控加工前，檢驗(yàn)加工程序的正確性與合理性，并在提高工藝質(zhì)量的同時(shí)，避免不必要的數(shù)控機(jī)床損害、制造返工與加工浪費(fèi);另一方面，通過(guò)仿真也可以預(yù)測(cè)可能的加工事故與風(fēng)險(xiǎn)，有利于管理者提前做好規(guī)避事故與風(fēng)險(xiǎn)的決策。

圖7 數(shù)控加工仿真過(guò)程示意圖

［1］ 張雅瓊．?dāng)?shù)控系統(tǒng)及其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［J］．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010(6):161－162．

［2］ 唐霞，謝利民．典型零件在數(shù)控加工中心上的加工［J］．機(jī)床與液壓，2011，39(16):38 －40．

［3］ 李翠翹，李建政．零件機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)原則的探討［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用，2005，18(5):67－68．

［4］ 李斌．基于Solid Works機(jī)加工工藝規(guī)程工序圖自動(dòng)生成的研究［D］．鄭州:鄭州大學(xué)，2011．

［5］ 陳成．FANUCOi系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床的宏程序編制［J］．廣西輕工業(yè)，2009，25(8):33－34．

［6］ LONG Y，ZHU C，SHENG D．Research and implement of open CNC system［J］．Ordnance Industry Automation，2003(1):10－11．