數控車床溝槽件加工工藝設計與實踐

沈國祥

(南京工業職業技術學院，江蘇南京 210046)

0 引言

數控車床在生產加工過程中，常會遇到軸肩部分的溝槽加工、內孔臺階的溝槽加工:常見的有矩形內外溝槽、梯形內外溝槽、端面溝槽、內外圓弧溝槽等。溝槽零件的設計是根據它在整機中所處位置的機械性能的要求而程序成形的，各種槽其功能也各不相同，它們在整機中各自承擔著自己的使命。

數控車床生產制造溝槽零件，不同類型的溝槽加工工藝設計是零件精度的關鍵之所在。操作者要根據圖樣要求對槽的類型進行識別與分析，確定槽的類型后進行加工工藝編排、加工線路軌跡的設計、加工程序的編寫及加工刀具、量具的準備等。

圖1是幾種溝槽基于一體的軸類零件，對有加工經驗的操作者來說，閱圖思考之時腦子里已形成加工制造思路、數控編程線路亦已擬定。加工工藝是生產的先行，零件的工序工步的設計。

1 零件的圖樣分析(圖1)

1.1 圖樣輪廓分析

這是一個外形并不復雜的多槽零件，有外圓、矩形槽、梯形槽和圓弧槽構成，把幾種溝槽集于一體，零件結構很有特點，是為學生實訓而設計的。

圖1 溝槽軸類零件

槽的功能各不相同，像矩形多槽有散熱作用，矩形單槽有螺紋退刀槽、卡簧槽等;梯形槽多為皮帶槽、內油毛氈槽和主軸剎車槽等;圓弧槽多見于渦輪槽，也見于皮帶槽。

1.2 圖樣精度分析

外圓由三個軸肩組成，尺寸精度要求較高，數控車床加工完全能達到要求;三個不同類型的槽，其精度要求并不高，只是三個矩形深槽加工稍有難度，切削參數與程序合理可解決;位置精度外圓d20與d36的同軸度要求是0.05 mm，用軟爪裝夾基本能保證。

1.3 圖樣技術分析

三種槽可以用不同的加工方法以實現圖樣的要求。圓弧槽可采用樣板刀直接生產加工，也可以用逆圓弧指令車削;梯形槽一般用復合循環指令粗、精加工生產;三個矩形槽采用機夾式割刀加工成型，為保證同軸的位置精度，掉頭加工d20外圓時可采用軟爪裝夾，不僅可以保證同軸度的精度，還可以保證裝夾穩固和表面精度。

2 零件的結構工藝

溝槽件在結構上雖然是同屬軸類零件范疇，但又不同于軸類零件的結構單一，因為在軸肩上添加了溝槽，加工過程比單一的軸類零件復雜些，更何況這個零件有三種形狀不一的溝槽并存，加工過程就要多好幾道工序，但就零件結構工藝而言，生產的過程還是相對簡單的，構成各輪廓的尺寸精度基本都能達到。

3 零件的加工工藝

槽類零件的加工工藝的確定要服從于整個零件的加工需要，同時還要考慮到槽類零件加工的特點。鑒于該零件是一個多槽的軸類零件，集中了矩形槽、梯形槽、圓弧槽疊加的軸類零件，加工過程的工藝編排既要合理又要便于加工，應從工序、工步著手考慮:如工件的合理裝夾、深槽切削的方式、切削參數的設定、數控車削線路設計等。

3.1 零件的裝夾

零件的金屬材料是45鋼，規格是d50×90 mm。根據槽的寬度等條件，切槽時經常采用直接成型法，槽的寬度就是車槽刀刃的寬度，也等于背吃刀量，這種方法切削時會產生較大的切削力。而且大多數槽位于工件的外輪廓上，車槽時主切削力的方向與工件軸線垂直，會影響到工件裝夾的穩定程度。因此，在數控車床上進行槽加工毛坯的裝夾就顯得尤為重要。

從毛坯尺寸以及零件的形狀來分析，這個零件的加工需要三次裝夾:

1)夾毛坯伸長50校正夾緊，粗車左端d47×40，粗車工藝外圓d25×35。

2)掉頭夾工藝外圓d25，大端面貼平卡爪校正夾緊，車端面鉆D3中心孔，頂車右端d46及軸肩d36，車圓弧槽，車梯形槽，切3個矩形槽。

3)掉頭軟爪夾d36校正夾緊，取總長、車左端d20達圖要求。

3.2 溝槽加工方法

當軸肩外圓加工完后，依次加工圓弧槽、梯形槽和矩形槽。

1)車削圓弧槽:用尖頭刀車削圓弧槽，采用G71復合循環指令來完成圓弧槽的加工任務。

2)車削梯形槽:同車圓弧槽一樣，可采用G71指令完成梯形槽的加工。

3)車削矩形槽:矩形槽分普通槽、深槽和寬槽三種。

a)普通槽加工方法:對于寬度、深度值不大且精度要求不高的槽，采用和槽等寬的刀具直接切入一次成形，如圖2所示。即刀具切入槽底后可利用延時指令使刀具暫時停留以修整槽底，退刀時采用工進速度。

圖2 普通槽零件的加工

b)深槽加工方法:本工件屬于深槽類的矩形槽范疇，為了避免切槽過程中由于排屑不暢，使刀具前部壓力過大出現扎刀和折斷刀具現象，可以采用分次進刀的方式。刀具在切入一定深度后，停止進刀并回退一段距離，達到斷屑退屑的目的，如圖3所示。同時注意盡量選擇強度較高的刀具。

圖3 深槽零件的加工

c)寬槽加工方法:通常把大于一個槽刀寬度的槽稱為寬槽，寬槽的槽寬和槽深的精度及表面精度要求相對較高。車削寬槽時常采用排刀的方法進行粗車，精車時從槽的一側車到槽底，再從槽底車至另一側，再沿側面退出，如圖4所示。

圖4 寬槽零件的加工

3.3 槽加工切削參數

1)圓弧槽和梯形槽

由于采用的是尖頭刀加工圓弧槽和梯形槽，車削時用的是G71指令，又因為華中系統粗、精車用的是一個指令，所以加工時的切削參數和車削外圓時參數基本一致。精車切削參數為轉速600 r/min，吃刀深度2 mm，進給量F30。

2)矩形槽

使用的割刀如果是焊接式人工刃磨的車刀，所以轉速是外圓速度的60%70%，一般在200300 r/min，進給量一般取0.15 mm/r。槽的背加工量吃刀深度較深，為避免扎刀與斷刀，直徑方向每切入8 mm設一次暫停0.2 s并回退1 mm，這樣動作在一個槽的加工過程中設為3次，直至切入到槽底延時0.3 s，退出時工進退出，以此方法依次加工三個槽成型，刀具切入時需加冷卻液。

3.4 數控車削線路設計

下料→夾毛坯車左端工藝外圓→夾左端工藝圓→車右端面鉆中心孔→調#1刀頂車粗、精加工各外圓→調#2刀粗、精車削圓弧槽→粗、精車削梯形槽→調#3刀依次加工三個矩形槽→軟爪夾d46調#1刀取總長→粗、精車削左端小圓。

4 刀具的選擇

根據圖樣的輪廓要求需準備一把寬4 mm硬質合金割刀，還需準備一把硬質合金尖頭刀，用于加工圓弧槽和梯形槽。另外，軸肩外圓還需準備一把90°外圓硬質合金機夾車刀(見表1)。

表1 多槽軸零件刀具卡片表

5 量具的準備

溝槽零件量具準備見表2

表2 多槽軸零件量具卡片表

6 溝槽件加工工藝卡片

根據圖樣的要求做出零件產品，要經過很多細致的準備工作，在生產加工中如何達到尺寸精度、位置精度、表面精度的要求、加工工藝制定的品質是關鍵。工藝對數控加工生產尤為重要，工藝是決定零件精度與品質的保證，溝槽件數控車削工藝的制定要注意幾點:

1)圖樣與毛坯進行比較，合理減少裝夾次數;

2)根據位置精度要求，軟爪應進行預先處理;

3)頂針伸出的長度及頂車松緊適中。

溝槽件的數控切削工藝見表3

表3 溝槽件數控車削工藝卡片表

7 各個溝槽的加工程序

通過分析零件圖樣可以看出，圓弧槽和梯形槽可以用G71指令完成生產加工。幾個矩形槽的深度值和長度值都相等，如果用G00指令、G01指令進行加工，程序過于頻繁而且容易出錯，運用子程序調用指令就方便得多，但割刀切深槽容易卡屑和斷刀，因此程序編寫時不容忽視割刀切入問題，合理的運用切削原理達到生產加工的效果。程序見表4僅供參考。

表4 溝槽程序卡片表

主程序……… 外圓軸肩程序省略，d36車至d38，留2 mm的精車余量，d46直接加工好G00X150 Z20 快退T0202S400M03 調2#刀(尖頭刀)G00X39 Z1 粗車快定位G71U1R1P10Q20X0.3Z0.05F60 復合循環指令G00X150 Z20 粗車完快退，精車前測量進行刀補M05 主軸停止M00 程序暫停T0202M03S600 精車提速G00X35 Z1 精車快定位N10G01X34F30 精車循環開始Z0 X35.981Z-1 車C1角Z-6 車d36圓弧槽右端連接長度G02X35.981Z-14R12.5 車R12.5圓弧槽G01Z-22 車d36圓弧槽左端連接長度X23.958Z-28 Z-34 X23.958Z-40%008車梯形槽Z-46 車d36梯形槽左端連接長度N20X48 車銜接端面，2#刀循環結束G00X150 Z20 快退T0303M03S250 調3#刀(割刀)G00X48 Z-44 快定位M98P9999L3 調用子程序G00X150 Z20 快退M05 主軸停止M30 程序結束%9999 子程序G01W-8 Z軸進給U-10 X軸第一次進刀G04P0.2S 暫停0.2 s G01U-9 退刀1 mm U-18 X軸第二次進刀G04P0.2S 暫停0.2 s G01U-17 退刀1 mm U-24 X軸第三次進刀G04P0.2S 暫停0.2 s G01U-23 退刀1 mm U-28 X軸第四次進刀G04P0.2S 暫停0.2 s G01U10 工進退出M99子程序結束_________

8 溝槽件的測量

測量方法如圖5所示:

1)精度要求不高的溝槽，可用鋼尺內卡鉗測量;

2)精度要求相對要求高、大批量生產的溝槽件，可用專門定制的卡規測量;

3)精度要求高的溝槽，可用游標卡尺、外徑千分尺測量。

圖5 溝槽件的測量

9 結語

深槽加工常見的技術問題、產生的原因及解決的方法進行分析(見表5)。

表5 矩形槽加工誤差分析

［1］陳愛華.數控車床華中系統編程與操作實訓［M］.北京:中國勞動社會保障出版社，2009.

［2］吳長有，張樺.數控車床加工技術(華中系統)［M］.北京:機械工業出版社，2010.