簡(jiǎn)金平

(江西省冶金技師學(xué)院機(jī)械工程系，江西新余 338025)

0 引言

普通機(jī)床很難加工非圓曲線(xiàn)，而數(shù)控機(jī)床確能夠輕松的加工出來(lái)，主要是因?yàn)槠哲?chē)只具備加工直線(xiàn)類(lèi)的輪廓。而圓弧或橢圓加工的時(shí)候X、Z兩坐標(biāo)是同時(shí)變化的，數(shù)控機(jī)床是通過(guò)程序控制的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)兩軸，實(shí)現(xiàn)兩軸的共同運(yùn)動(dòng)。數(shù)控車(chē)床只具有直線(xiàn)插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)兩種基本插補(bǔ)功能，不具備橢圓插補(bǔ)功能，所以加工橢圓時(shí)可采用直線(xiàn)逼近法的方式進(jìn)行加工［2］。雖然可以用繪圖軟件將橢圓分成若干段直線(xiàn)，然后采用自動(dòng)編程這樣也能加工出來(lái)，但程序會(huì)較長(zhǎng)，且加工出來(lái)的零件誤差會(huì)比較大。因此運(yùn)用宏程序，不僅可以使程序短小而且只要改變變量的值，可以完成不同曲線(xiàn)的加工和操作。如圖1所示。

圖1 手柄零件圖

1 零件圖分析及相關(guān)知識(shí)

該零件中含有橢圓曲線(xiàn)，在數(shù)控車(chē)床加工中只能進(jìn)行直線(xiàn)和圓弧的插補(bǔ)，對(duì)于該橢圓曲線(xiàn)運(yùn)用宏程序進(jìn)行加工既可以縮短程序又可以減少加工誤差［3］。

1．1 橢圓走刀路線(xiàn)

一般情況下，數(shù)控系統(tǒng)只有直線(xiàn)和圓弧插補(bǔ)功能，要對(duì)橢圓、雙曲線(xiàn)、拋物線(xiàn)等非圓曲線(xiàn)進(jìn)行加工，數(shù)控系統(tǒng)無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)，需要通過(guò)一定的數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理的方法是，用直線(xiàn)段或圓弧段去逼近非圓曲線(xiàn)，逼近線(xiàn)段與被加工曲線(xiàn)的交點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)，各幾何要素之間的連接點(diǎn)稱(chēng)為基點(diǎn)。如圖2所示，OE是一段橢圓，在OE之間節(jié)點(diǎn)A、B、C、D，相鄰兩點(diǎn)之間在Z方向上的距離相等，均為a。節(jié)點(diǎn)數(shù)目越多，橢圓的加工精度越高。當(dāng)然，采用直線(xiàn)段 OA、AB、BC、CD、DE 去逼近橢圓，關(guān)鍵是求節(jié)點(diǎn) O、A、B、C、D、E。

圖2 橢圓加工節(jié)點(diǎn)圖

1．2 零件橢圓宏程序的編制方法

做橢圓零件，首先就要會(huì)寫(xiě)出正確的方程，如果方程不對(duì)，加工出來(lái)的橢圓肯定是錯(cuò)的。根據(jù)圖形可知該零件的橢圓方程為:

由橢圓的方程得:該零件以Z為自變量，X為函數(shù)。編程時(shí)要注意Z坐標(biāo)量的變化，因?yàn)闄E圓方程是以橢圓的中心作為原點(diǎn)，但數(shù)控車(chē)床編程時(shí)是以零件右端面中心為編程原點(diǎn)(工件原點(diǎn))。用變量進(jìn)行編程時(shí)，為了編程方便，一般用Z來(lái)表示X，所以橢圓方程可變?yōu)椋?］:

2 零件圖工藝分析

2．1 結(jié)構(gòu)分析

如圖1所示，該零件由橢圓面、圓柱面、溝槽、螺紋、倒角組成。其幾何形狀為圓柱形的軸類(lèi)零件。

2．2尺寸分析

該零件輪廓幾何要素定義完整，尺寸標(biāo)注符合數(shù)控加工要求，有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，且便于加工、測(cè)量。零件徑向尺寸與軸向尺寸都有精度要求，其中外圓柱面尺寸公差等級(jí)為IT8級(jí)，長(zhǎng)度尺寸為IT8和IT10級(jí)，圖中未注尺寸公差按IT14級(jí)處理［5］。

3 制定加工工藝方案

3．1 選擇加工方法

該零件表面質(zhì)量要求為Ra3．2。由于該零件徑向尺寸與軸向尺寸都有精度要求。因此，可考慮采用以下加工方案:粗車(chē)—半精車(chē)—精車(chē)。

3．2 擬定工藝路線(xiàn)

(1)按Φ45×100 mm下料，材料為45號(hào)鋼。

(2)車(chē)削左端各表面。

(3)車(chē)削右端各表面。

(4)去毛刺。

(5)檢驗(yàn)。

4 設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序

4．1 確定工步

車(chē)工件左端的工步為:車(chē)端面→粗車(chē)各外圓→精車(chē)各外圓→切槽→切螺紋。

車(chē)工件右端的工步為:車(chē)端面→粗車(chē)橢圓→精車(chē)橢圓→切槽。

4．2 選擇刀具

外圓機(jī)夾車(chē)刀T0101，車(chē)端面，粗車(chē)、半精車(chē)各外圓，倒角。切斷刀(寬3 mm)T0202，切槽。外螺紋車(chē)刀T0303，切外螺紋。外圓機(jī)夾車(chē)刀T0404(刀片的刀尖角為35°)，車(chē)橢圓面。

4．3 確定切削用量

背吃刀量ap:粗車(chē)時(shí)背吃刀量為1．5 mm，精車(chē)時(shí)背吃刀量為0．25 mm。

主軸轉(zhuǎn)速S:粗車(chē)外圓時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為800 r/min，精車(chē)時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為1 200 r/min，精車(chē)橢圓時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，切槽時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為400 r/min，車(chē)螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速500 r/min。

進(jìn)給量F:粗車(chē)時(shí)，進(jìn)給量為160 mm/min(0．2 mm/r)，精車(chē)時(shí)，進(jìn)給量為120 mm/min(0．08 mm/r)，切槽時(shí)進(jìn)給量為 20 mm/min(0．05 mm/r)，車(chē)螺紋時(shí)，進(jìn)給量為 1．5 mm/r［6］。

5 編制數(shù)控加工工序卡

如表1列為橢圓手柄加工工序卡。

表1 橢圓手柄加工工序卡

6 程序編制

6．1 左端加工程序

O0001

%1

T0101 M03 S800

G00 X50 Z2 M07

G71 U1．5 R1 P10 Q20 X0．1 Z0．1 F160

N10 G00 X15．8

G01 X23．8 Z－2 S1200 F96

Z－23

X36

X40 W－2

Z－90

N20 X48

G70 P10 Q20

G00 X100 Z100

T0202 M03 S400

G00 X28

Z－23

G01 X20 F20

G04 X2

G01 X100

Z100

T0303 M03 S500

G00 X30 Z3

G76 C1 R－2 E1 A60 X22．05 Z－22 I0 K0．975 U0．1 V0．1 Q0．25 F1．5

G00 X100 Z100

T0202 M03 S400

G00 X45

Z－90

G01 X35 F20

X28 F15

X20 F10

X10 F10

X5 F10

X－1 F10

G00 X100 Z100 M09

M05

M30

6．2 調(diào)頭加工右端

O00002

%2

T0101 M03 S800

G00 X42 Z2

G71 U1．5 R1 P5 Q15 X0．1 Z0．1 F160

N5 G00 X0

G01 Z0 S1500 F120 M07

#1=50

WHILE#1 GE 0

#2=15*SQRT［1－#1*#1/900］

#11=#1－50

G01 X［2*#2］Z［#11］

#1=#1－0．5

ENDW

G01 X32

Z－53

N15 X45

G70 P5 Q15

G00 X100 Z100

T0202 M03 S400

G00 X35

Z－53

G01 X26 F20

X20

G04 X2

G01 X100 M09

Z100

M05

M30

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)橢圓手柄的加工方法，探討宏程序的應(yīng)用。宏程序編制橢圓程序時(shí)，首先應(yīng)選對(duì)變量和寫(xiě)出正確的方程，通過(guò)方程計(jì)算出另一變量，其次確定工件原點(diǎn)與橢圓中心之間的關(guān)系，再編出正確的橢圓宏程序。應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析，不能硬套固定模式，綜合考慮圖形的實(shí)際情況，合理運(yùn)用宏指令進(jìn)行編程，才能加工出精度高質(zhì)量好的零件。

［1］ 郎一民．?dāng)?shù)控加工工藝［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2009．

［2］ 楊仲崗．?dāng)?shù)控加工技術(shù)［M］．北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2008．

［3］ 顧力萍．?dāng)?shù)控加工技師培訓(xùn)教程［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，20011．

［4］ 韓鴻鸞．?dāng)?shù)控車(chē)床編程與加工［M］．北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2010．

［5］ 李 鋒．?dāng)?shù)控宏程序?qū)嵗坛蹋跰］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010．

［6］ 沈春根．?dāng)?shù)控車(chē)宏程序編程實(shí)例精講［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012．