典型运动机构中含圆弧面零件的工艺设计、编程与加工

李亚平　孟丽霞

（1.北京信息职业技术学院机电工程系，北京　100016；2.北京陆军航空兵学院，北京　100123）

典型运动机构中含圆弧面零件的工艺设计、编程与加工

李亚平1孟丽霞2

（1.北京信息职业技术学院机电工程系，北京100016；2.北京陆军航空兵学院，北京100123）

本文对典型运动机构-凸轮机构的含圆弧面类零件进行了结构特点分析，运用工艺理论进行了零件工艺设计， 并应用FANUC系统实现圆弧类零件的程序编写与数控加工。该凸轮机构为运动形式转换机构，机构将圆弧手柄的旋转运动转化为顶杆零件的直线运动，在机构中圆弧类零件手柄十分重要。文中圆弧面类零件的工艺设计、编程与加工，对相关零件工艺设计、编程和加工提供了一定的参考价值。

圆弧零件工艺设计编程加工

1　引言

运动机构是构成机械的重要组成部分，其主要实现机器动力和运动的传递和转化。图1所示为一典型运动机构，通过一凸轮的旋转，实现顶杆的往返运动。该机构组成的零件及部件包括顶杆、椭圆凸轮轴、凸模、凹模、配合件、手柄和连杆等，其中含圆弧面的零件-手柄是数控车削加工的典型加工零件，在一些情况下，为满足使用要求，经常会碰到外圆弧轮廓的加工。如何制订含圆弧面零件的数控加工工艺、编制其加工程序成为关键。

图1　典型运动机构装配图

图2　成形手柄零件图

图3　零件加工实物图

在圆弧面零件的数控车床加工中，不论是手工编程还是自动编程，都要对加工零件进行工艺分析，并把加工零件的全部工艺过程、工艺参数、刀具参数和切削用量及位移参数等编制成程序，以数字信息的形式存储在数控系统的存储器内，控制数控机床进行加工。所以数控加工工艺分析是十分重要的工作，程序员应全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确合理地编制零件的加工程序［1-2］。

本文主要利用典型运动机构的圆弧手柄为例进行外圆弧轮廓车削加工的具体工艺分析，成形手柄零件图2所示，并在此基础上运用FANUC系统进行零件的编程和加工。

2　工艺设计

对零件的工艺设计一般包括零件结构特点分析、定位基准选择、加工阶段划分、定位方法选择、切削用量选择、刀、夹、量具选择等，通过详细的工艺分析为编程和加工提供方便。以机构成形手柄为例分析含圆弧面零件的工艺设计、编程与加工［1-3］。

2.1含圆弧面零件的结构工艺分析

（1）含圆弧面零件的结构工艺特点；表面轮廓形状是曲线，如手柄、圆球等，这些带有曲线的表面叫做特形面，也叫成型面。（2）含圆弧零件的加工；在普通车床加工可采用双手控制法、成型刀法、靠模法、专用刀具法等加工方法，但这些方法效率低，加工精度不高，劳动强度大。在数控车床上加工是用圆弧插补指令（G02/G03）编程进行切削，使刀具在指定平面内按指定的进给速度F做圆弧切削运动，切削出圆弧轮廓形状。也可以运用复杂循环指令G71/G73/G70。对于椭圆或双曲线的圆弧表面可以采用宏程序编程加工。（3）定位基准选择；实心的轴类零件，精基准面是顶尖孔，满足基准重合和基准统一，而对于空心轴，除顶尖孔外还有轴颈外圆表面并且两者交替使用，互为基准。（4）加工阶段划分；加工阶段的划分依据：基准先行；粗、精分开、先粗后精、多次加工。为改善金相组织和加工性能安排合理的热处理工序。含圆弧面轴类零件各表面先后加工顺序，在很大程度上与定位基准的选择有关。当零件加工的粗、精基准选定后，加工顺序就大致可以确定了。因为各阶段开始总是先加工定位基准面，即先行工序必须为后面的工序准备好所用的定位基准。（5）含圆弧面零件的装夹和定位方法；含圆弧面轴类零件的夹具主要为三爪定心卡盘。（6）切削用量的选择；切削用量的基本数值应根据所选择的机床性能、相关手册并结合实际经验确定。（7）切削刀具选择；根据加工曲面特性和加工过程要求选择不同角度的不同类型的刀具。（8）车圆弧的加工路线分析；数控车床上加工圆弧时，一般需要多次走刀，先将大部分余量切除，最后车出圆弧阶梯车削路线。即先粗车成阶梯，最后一次走刀精车出圆弧。车圆法切削路线。即先用不同半径同心圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意车锥时起点和终点的确定。

2.2主要工艺设计过程

（1）所用设备、刀具、夹具设备：FANUC-MateOi数控系统。刀具：1号刀为35°外圆偏刀（粗车）；2号刀为30°外圆偏刀（精车）；3号刀为切断刀，刀位点在左刀尖，刀宽为4mm。夹具：对短轴类零件，轴心线为工艺基准。用三爪自定心卡盘夹持 Φ20外圆，使工件伸出卡盘88mm，一次装夹完成粗、精加工。量具：游标卡尺0-125mm外径千分尺0-25mm 25-50mm。（2）毛坯选择；采用 Φ20×100的棒料，材料45钢。（3）加工工序；一、数值计算，以编程原点定在工件右端面的中心线，用AutoCAD/CAXA软件的测量工具或几何计算各基点的坐标值。二、工步：设置工件原点：定在工件右端面中心，取1号刀粗车各外表面，并留0.5mm精车余量，用2号刀精车外圆至尺寸要求，退回换刀点，换3号刀并切断工件。三、切削用量：转速范围为500-1600r/min，粗加工切削量为1mm精加工切削量为0.5mm。（4）加工程序；

（5）运用FANUC数控系统对零件进行加工图3所示。

3　结语

通过本文含圆弧面零件的工艺设计、编程与加工的探讨，了解圆弧面类零件的结构特点、依据其具体结构进行工艺分析设计，并运用FANUC数控系统进行了圆弧类零件的编程和加工。而且任何参数发生变化时，只需要适当进行修改就能使用。该运动机构中的圆弧类零件进行了实际的加工，工艺分析合理，加工编程实用，符合生产实际。

［1］霍苏萍.数控车削加工工艺编程与操作［M］.北京：人民邮电出版社，2011.

［2］姚屏，徐伟.数控车削编程与加工［M］.北京：电子工业出版社，2011.

［3］李海霞，邓爱国.数控工艺员考试指南［M］.北京：清华大学出版社，2012.

李亚平（1970—），男，山西太原人，研究生，副教授，研究方向：机械设计及数控加工。