巴铁横侧梁连接座数控车切屑干扰问题的研究

耿慧莲，韩江

(1.安徽机电职业技术学院，安徽芜湖241000;2.合肥工业大学机械汽车学院，安徽合肥230009)

铁路横侧梁需要在低温下有较好的工作性能，所以大部分的铁路材料选用低合金高强度结构钢材料Q345D，该材料的屈服强度可达345 MPa，在低温下有好的力学性能和韧性［1］，但是给机械加工带来了困难。利用数控车削横侧梁连接座时，由于材料的韧性好，不断屑，刀具磨损严重，加工效率低下。

1 左横侧梁连接座图纸分析

该零件的最大处直径为280 mm，在不增加其他设备的条件下，选用6140 型数控车床加工，垂直度要求为0.2 mm，右侧总长度控制为1 mm 公差，右侧连接耳长公差为1 mm，其他为自由公差，毛坯为锻造，余量不均匀，前道工序采用普通型6140 车床粗加工，R20 处圆角和10°倒锥加工不了，留给下道工序——数控车加工，所以加工余量不一致，如图1所示。

图1 零件简图

2 实验切削环境构建

零件的左侧用三爪自定心卡盘装夹，比较方便，右侧用尾座顶尖，同时制作一个直径为145 mm 左右且带有较大锥度的端盖，一端与零件的右侧内孔连接，另一端与顶尖连接，装置如图2所示。

图2 加工装置

零件要求垂直度误差为0.2 mm。对该装置进行定位误差分析，定位误差主要包括两个方面:(1)基准不重合误差;(2)基准位移误差。该装置以左侧为锥面的中心与工件中心一致，所以基准重合无误差，工件的右侧中心孔定位与工件以三爪自定心卡盘也是中心定位是一致的，基准位移误差为三爪卡盘的跳动量。为了能够获得较好的精度采用了一套新的卡爪，用百分表测量三爪与尾座的跳动值能够控制在0.05 mm 之内［2］，总的误差能够控制在0.2 的1/3，满足加工要求。

3 加工过程分析

3.1 刀具问题

由于工件为低碳高猛材料，断屑效果差(如图3所示)，且刀具磨损严重，通过实验，采用普通YT15 的硬质合金刀具［3］，通过手工刃磨台阶型断屑槽(其具体参数如图4所示)，以利于断屑。

图3 铁屑形状

图4 断屑槽结构

刀具的主后角和副后角要大，实验比对获得主后角在10°左右，能减少刀具的磨损，加工效果明显改善。

3.2 数控程序设计

数控加工程序设计主要涉及到软件应用、机床选择、工艺工装、刀具材料及形状选择等方面，其中程序设计的优劣制约加工效率。在主体程序设计中，零件被加工位置点数量大，不适合手工编程［4］，主要使用CAM 软件自动编程，形成主体程序。具体过程是:将零件的AutoCAD 文件转换至 Master-CAM9.0 的Lath 模块中，再进行刀具路径设置、车削参数选择、车削路径优化(即点顺序选择)、仿真验证、后置处理，生成数控系统能识别的数控程序，如图5—7所示。

图5 刀路图

图6 仿真验证图

图7 后置处理图

3.3 程序优化设计

软件编程方便且编程效率高，在一般材料加工是常常采用。该零件前道工序已经完成粗车，但是留有的余量不均匀。由图3 铁屑形状可以看出，有的铁屑宽，有的铁屑窄，因此在自动编程的同时部分段采用手工编程来完善加工程序，进而获得较好的加工效果，即铁屑宽度一致性好，刀具的受力、磨损均匀，耐用度提高［5］。首先半精加工R20 的圆弧和－10°的倒锥，余量为1 mm，然后利用自动编程完成数控程序的编写。

程序如下:

4 结束语

对于难加工材料尤其是断屑条件不好的材料，一般是调整刀具角度和工艺参数以及工装形式［6］，完成预期目的。随着现代制造手段的改进，特别是数控机床的使用中，改变走刀路线、调整加工余量的均匀性也是改变切削性能的一个重要手段。作者在3 个方面进行实验，获得了较好的加工效果，当然还会有其他的方法存在，将继续完善。

【1】王先逵.机械加工工艺手册［M］.北京:机械工业出版社，2007.

【2】李洪.机械加工工艺手册［M］.北京:北京出版社，1990.

【3】哈尔滨工业大学，上海工业大学.机械制造工艺学(第一、二、三、四分册)［M］.上海:上海科学技术出版社，1980.

【4】魏平，耿慧莲.基于四开数控雕铣机床深孔件的数控程序设计［J］.机床与液压，2010，38(22):45－47.

【5】李庆寿.机床夹具设计［M］.北京:机械工业出版社，1984.

【6】于骏一.变速切削的研究［J］.机械工程学报，1988，24(4):59－62.