数控车床大赛典型零件工艺与编程方法探讨

相付阳

（德州职业技术学院，山东 德州253034）

0 引言

数控加工工艺的编制是典型零件数控加工的第一步。合理的切削用量选择是提高加工效率的关键。但随着数控大赛中零件的复杂化，编程方法的合理选择也是取得冠军的关键因素。现以数控车大赛实操试题为例，对加工工艺、编程方法进行分析。零件内外轮廓形状与精度要求，如图1、图2所示。

图1 零件图

图2 剖视零件图

1 数控加工工艺分析

该零件结构复杂，φ76外圆轴线要求与内孔φ50轴向同轴，R2外圆弧右端面、零件左端面要求与基准R15外圆弧右端面平行，保证同轴度和平行度达到图样要求，必须正确装夹工件及合理选择加工工艺，工艺路线安排如下。

1）三爪夹盘夹持工件右端毛坯外圆，伸出长度60 mm左右（毛坯不圆整的，可以先粗车一刀右端外圆，然后夹持该外圆）。a.齐平端面；b.粗车零件外圆为φ77×16、φ67×37.5台阶；c.钻φ24通孔；d.用G71粗精车φ25（通孔）、φ30、φ50、1×45°倒角及1：1的内锥。

2）调头，夹持φ67×37.5 mm外圆。a.车端面，保证总长尺寸；b.粗精车外圆；c.用自动编程粗精车所有槽；d.车螺纹底孔φ28.5、内孔φ39、φ44及内部所有倒角；e.粗精车二处内槽；f.粗精车螺纹M30×1.5至尺寸；g.粗精车端面槽。

3）根据零件左端内孔结构，车削带有1：1外锥的工艺锥堵。

4）零件右端φ76 mm外圆，后顶尖顶着工艺锥堵，采用一夹一顶装夹方法。a.用G73粗精车R15圆弧、1：4外圆锥面、M60×1.5的外径及倒角；b.粗精车4 mm×2 mm退刀槽；c.粗精车螺纹M60×1.5至尺寸。

该零件除夹持毛坯时用普通夹爪外，其他部位最好用软夹爪。两个理由：一是不夹伤工件；二是该零件无法采用两顶尖之间安装，用软夹爪有利于保证平行度和同轴度位置公差。

用三爪夹盘夹持工件，不能保证同轴度、平行度的精度要求，只能采用软夹爪和互为基准来保证精度要求，还需要设计一个装夹零件的工装——工艺锥堵，和工件的内锥配合，实现以基准定位，间接保证三处形位公差要求。工艺锥堵由φ40×25圆柱与9 mm长的圆锥、B型中心孔组成。

2 手工编程与自动编程的选择

2.1 手工编程的选择

手工编程对于内外螺纹、内外圆锥编程比较简单，但内外圆锥编程时必须注意刀尖圆弧半径补偿的正确应用，否则会造成形状和位置误差，正确应用G41、G42、G40指令是关键，编程还是比较简单的；螺纹采用手工编程要比自动编程方便、快捷，而且修整也比较灵活，所以加工该工件内外螺纹及圆锥宜采用手工编程。内轮廓加工内容结构简单，可采用手工编程进行加工。

2.2 自动编程的选择

该零件右端为多个外沟槽组成，一沟槽底部为R3圆弧，一沟槽顶部为R2的半圆弧，在加工过程中手工编程没有合适的复合循环指令对外沟槽进行一次编程加工完成，只能单一地一个一个沟槽进行编程加工，程序比较多，且要正确选用切槽刀的2个刀尖相互转换，对于R3圆弧和R2的半圆弧也要正确应用刀尖圆弧半径补偿，这就要求操作者基本功非常熟练，编程的正确性要保证，加工效率比较低；若采用CAXA数控车软件对该部分自动加工，在加工过程中可用软件保证圆弧尺寸的正确性，不用考虑刀尖半径补偿的问题，效率比较高。下面以右端外轮廓为例，分析比较手工编程与自动编程方法。

图3

图4

图5

1）右端外轮廓的自动编程。该零件右端外轮廓从A点到B点完全可以采用切槽自动加工，只用粗车命令。目的是在比赛有限的时间内以最短的时间把工件上多余的毛坯余量一次性去掉，给精加工留出足够的时间。对于外轮廓所有槽的精加工，不要采用粗车轨迹一次加工完成，那样所有相关尺寸很难一次性保证合格；正确的操作是：在粗车运行时，把所有槽打散，一个槽一个槽地出精加工程序，从最右端开始，当粗车运行结束时所有精加工程序应该全部完成了，这样，从时间上就能有机地连贯起来，有效地提高了加工效率，然后再对每一个槽进行精加工，加工一个保证一个，直至加工完成。外部槽的自动加工过程如图3～图5所示。

2）右端外轮廓的手工编程。加工工件右端外轮廓的沟槽，对于该轮廓形状加工没有合适的单一循环指令或者符合循环指令一次性把所有毛坯全部去除掉。先用G75指令把A～B区域内多余毛坯一次性去除，如图6所示，然后对每一个沟槽单独编制一个粗精加工程序依次加工至尺寸。

图6

通过对比可以看出，手工编制程序的工作量比较大，输入程序也费时，而且在圆弧加工时需要正确利用半径补偿和外切槽刀的2个刀尖进行接刀加工，难度比较大。自动编程降低了编程人员工作,提高了效率，并进行了仿真优化，验证了程序的正确性，有利于保证精度要求，避免机床碰撞。

3 结语

实践证明，加工结构复杂、精度高的零件，既保证精度要求，效率又高，最关键的是合理的加工工艺及编程方法。根据零件的结构、材料、技术要求以及生产类型等方面，认真分析，才能设计出合理最优的数控加工工艺及编程方法，手工编程和自动编程的有效结合，能双倍提高加工效率。