技能考證類零件的數控加工方法及技巧

劉小娟

(中山職業技術學院機械工程系，廣東中山528404)

本文所討論加工的是一個數控銑中級工實操試題，從圖面上看(如圖1所示)零件特征并不復雜，但材料去除率較大，并對加工中相關槽深以及表面粗糙度都有一定要求。該試題突出考核了工藝、自動編程、操作的綜合能力要求。在本文中，擬重點分析講解一下關鍵自動編程的方法及應試技巧，因為數控編程是數控加工核心能力，編程的技巧、效率會直接影響到試題的比賽成績。同時本文的分析內容也對實際操作崗位職工提高數控加工技能有一定的指導意義。

1 零件的工藝分析

該零件主要由平面、外輪廓、錐臺面及孔系組成。其中各個加工表面處要求表面粗糙度Ra為3.2 μm，配分為10分;尺寸要求中對矩形圓角槽深5 mm、橢圓槽深10 mm以及錐臺高度10 mm精度要求較高，配分各為10分。該零件的材料為100 mm×60 mm×20 mm的鋁。

根據上述分析，我們對工件錐臺的粗、精加工分開進行，以保證表面粗糙度要求。加工后為了保證高度方向各個尺寸的精度以及避免不同加工部位換刀而造成底面出現臺階面現象(如圖2所示)，我們在加工最后使用較小的立銑刀對整個工件進行一次二維挖槽殘料清根加工。為了自動編程方便，工件坐標系X、Y零點建立在毛坯中心處，Z方向建立在工件上表面。

2 如何正確應用編程及操作技巧

下面針對該零件的結構特點及加工要求，通過分析考生技能考證過程中容易出現的各類問題，我們在利用MasterCAM X2軟件自動編程及加工過程中采取了一定的改進方法與技巧，最終可以使得考生在規定時間內，能以較高的質量完成工件的加工，取得好的成績。

2.1 二維面銑加工

考生在考證過程中時間是一個影響考證通過與否的關鍵因素。在考證加工過程中我們發現，為了滿足加工表面粗糙度要求，絕大多數考生都會對整個毛坯工件表面利用φ20 mm的立銑刀進行面銑。其實經過分析，除了矩形圓角臺上表面需要單獨進行面銑外，工件其他部分表面均不需要進行面銑，因為在后續加工過程中都要將那些材料在其他工步中銑掉，所以我們在第一步面銑過程中所選擇的面就是矩形圓角臺上表面(如圖3所示)，這樣可以節省加工時間。

面銑時我們所選用的刀具是φ20 mm的立銑刀，主要參數設置如圖4。為了使得造型及后續加工編程過程中，相關Z方向深度參數根據工件坐標系設置的方便，減少出錯幾率，我們可將面銑深度設置為0。此時并不是代表不銑面，而是對刀的時候可以讓刀具Z方向的工件設置在毛坯表面稍下一點，這樣可以很方便地銑掉要銑表面，并且對刀過程方便、直接。在對刀過程中Z方向對刀點最好選擇在所選加工區域之內，減少工件表面刀痕。

2．2 毛坯材料開粗加工

為了大量去除毛坯多余材料，首先我們選擇φ20 mm的立銑刀對工件進行二維外形銑加工，將兩個臺體周圍的大量多余材料去除掉，并將棱錐臺上表面銑掉2 mm。

在此處用φ20 mm的立銑刀進行外形銑削的時候，為了解決由于后續工步中使用φ6 mm的立銑刀進行兩個臺體之間10 mm寬的材料去除后，不至于由于兩次對刀的誤差而產生圖2所示臺階面的現象，我們設置此處外形銑削深度并不為-12 mm，而設置為-11.6 mm。剩余-0.4 mm在后續利用φ6 mm的立銑刀進行底平面殘料清根時一次性加工去除，這樣就保證了消除兩次使用不同刀具加工、由于對刀而產生的誤差，外形及挖槽邊界如圖5所示。

2．3 φ6 mm的立銑刀進行挖槽及外形銑

為了加工出兩個臺體內部的矩形圓角內槽以及橢圓內槽，根據零件內槽特點我們選用φ6 mm的立銑刀先對內槽進行加工，挖槽的邊界分別是20 mm×10 mm的圓角矩形以及棱錐臺內部的橢圓。在這兩次挖槽過程中為了減少對刀具的磨損及斷刀現象的發生，我們采用了螺旋下刀方式，挖槽過程中相關參數設置如圖6所示。

為了銑掉兩個臺體之間大量的多余材料，我們選用φ6 mm的立銑刀采取外形銑削的方式，所選取的外形邊界為20 mm×40 mm的圓角矩形。部分參數設置如圖7。

注意在換刀為φ6 mm刀具的時候，對刀Z方向位置的選擇最好選擇在臺體要挖掉的小矩形圓角槽表面上，可以減少最終加工工件表面上的對刀痕跡。

2．4 棱錐臺側面進行曲面等高外形粗、精加工

對于棱錐臺側面有一定的傾斜度，因此我們采用常用的曲面等高外形加工方式進行粗、精加工。為了減少換刀次數，我們仍然采用φ6 mm的立銑刀進行加工。圖8是考生經過粗、精加工后錐臺的側壁，可以看到精加工后的側壁粗糙度值仍然很大。其原因是由于考生在粗加工過程中沒有留加工余量所致。所以我們在粗加工過程中應該留0.3 mm的加工余量，這樣經過后續精加工后的錐臺側壁表面粗糙度才能合乎要求，如圖9所示。為了提高加工效率，節省加工時間，在錐臺粗加工時設置相關加工參數如圖10所示。

2.5 挖槽殘料清角及鉆孔加工

為了提高工件底面的加工質量，消除由于兩次使用刀具對刀而產生的誤差，我們在最后可以使用φ6 mm的立銑刀進行一次挖槽殘料清根加工，所選取的挖槽邊界如圖11所示。最終加工出的零件如圖12所示，底面表面粗糙度合乎要求。

本加工所選用的鉆頭為φ5 mm的鉆頭，由于鉆孔深度較深，所以選用深孔啄鉆方式，這樣有利于斷屑和排屑。

3 結語

上述技能考證典型零件的數控自動編程加工方法是在通過對學生考證加工過程中出現的若干問題分析后，優化改進的自動編程加工方法及技巧，學生容易掌握及理解。要想在數控技能考證中取得好的成績，首先要有扎實的自動編程基礎，另外還要掌握一些實踐中得出的技巧等，這樣才能有效節約寶貴的比賽時間。另外在平時的實際工作中運用這些技巧也能有利于提高產品的加工效率。

［1］陳思義.掌握編程技巧，提高數控加工效率［J］.科技信息，2010(3):101.

［2］胡素云.Mastercam X2中文版數控加工實例精解［M］.北京:機械工業出版社，2008.

［3］李傳民，王向麗，胡仁喜.Mastercam X MR2中文版標準實例教程［M］.北京:機械工業出版社，2007.