數控車床公式曲線類工件精密加工技術

余遠杰

摘要：數控車床可實現對公式曲線類工件的精密加工，但其技術難度較大，對其展開研究十分必要。本文結合某矯直輥工件，對其加工技術進行了分析和介紹，并提出了避免振刀的措施，旨在為類似工件的精密加工提供參考。

關鍵詞：數控機床；公式曲線；加工技術

0引言

隨著我國社會經濟的快速發展，我國工業取得了極大的進步，公式曲線類工件的應用也越來越多，如把手、子彈頭、矯直輥等。公式曲線類工件對精度的要求答，在公式曲線類工件精密加工中，數控車床具有獨特的優越性，但其加工技術難度較大，并且容易出現振刀現象。如何解決上述問題成為當前公式曲線類工件精密加工制造業面臨的重要問題。

1加工前的準備

矯直輥工件圖如圖1所示，其輥型曲線為典型的公式曲線。矯直輥輥型曲面的加工工藝流程為：粗車留余量、表面熱處理、精車成形。精車具體加工思路為：采用一夾一頂裝夾方式，工件固定在心軸上，心軸一端用四爪卡盤夾緊、找正心軸，心軸另一端用尾座頂尖頂緊；然后分別精車輥形曲面、加工兩端R15mm圓角。筆者采取多項技術措施，用802D系統數控車床很好地完成了該工件的加工。現將具體實施過程進行整理總結。

2程序設計

2.1輥型曲面加工程序設計

假想刀尖方位代號設定為8mm，車刀可供選擇的假想刀尖方位如圖2所示，刀尖圓弧半徑為R2mm。以下輥型曲面加工程序為其精加工程序，可以通過在刀具補償頁內修改刀具X向長度補償值的辦法進行半精加工、精加工，進而保證工件尺寸精度。

輥型曲面加工程序如下：

JZG（程序名）

R1=164.29（輥型曲線X向起點）

R2=120（輥型曲線Z向起點）

R3=15（倒圓角半徑值）

R4=58.5（輥型曲線方程R0參數值）

R5=20（輥型曲線方程r0參數值）

R6=33（輥型曲線方程α0參數值）

R7=0.1（力Nq-步距值）

T1D1（選擇刀具及刀補）

M03S120（設定主軸轉向及轉速）

G64（選擇連續路徑加工模式）

G00X=R1+6Z=R2+R3+3（快速定位到加工起點）

G00G42X=R1（X向進刀、刀具半徑補償生效）

G01Z=R2F0.3（右端外圓加工）

R8=R2（自變量z賦初值）

ST：（程序跳轉標記符）

R9=（R4+RS）*（R4+R5）

R10=RS*R8

R11=SIN（R6）*SIN（R6）

R12=SQRT（R9+R10*R11）-R5（輥型曲線參數方程）

R13=R12*2（輥型曲線X向坐標切換為直徑值）

G01X=R13Z=R8（輥型曲面加工）

R8=R8-R7（自變量z值遞減）

IFR8>=-R2GOTOST（判斷輥型曲面是否加工完成）

G01Z-（R2+R3+3）（左端外圓加工）

G00G40X=R1+6（X向退刀、刀具半徑補償取消）

Z=R2+R3+3（Z向退刀）

M05（主軸停轉）

M30（程序結束）

2.2圓角加工程序設計

加工程序原點如圖5所示，假想刀尖方位設定為3，刀尖圓弧半徑為R2mm。一個倒圓角加工循環走刀路線及刀尖圓弧半徑補償情況如圖3所示。條件設定及加工程序為右端倒圓角情況。左端倒圓角時，工件掉頭裝夾，其它情況不變。

圓角加工程序如下：

JZGR（程序名）

R1=164.29（倒圓角圓柱端面的直徑值）

R2=135（倒圓角圓柱端面的z向起點）

R3=15（圓角半徑值）

R4=1（圓角半徑初始值）

R5=1（加工步距值）

T2D1（選擇刀具及刀補）

M03S120（設定主軸轉向及轉速）

G00X=R1+6Z=R2+3（加工循環起點）

ST：（程序跳轉標記符）

G00X=R1-R4*2-6（加工起始點）

G01G42Z=R2F0.3（Z向進刀、刀具半徑補償生效）

X=R1-k4*2（進給至圓角起點）

G03X=R1Z=R2-R4I0K=-R4（圓角加工）

G01Z=R2-R4-3（加工終止點）

G01G40X=R1+6（X向退刀、刀具半徑補償取消）

G00Z=R2+3（Z向退刀）

R4=R4+R5（圓角半徑遞增）

IFR4<=R3 GOTO ST（判斷圓角是否加工完成）

M05（主軸停轉）

M30（程序結束）

2.3關于程序設計的幾點說明

（1）關于程序原點程序原點一般選擇工件的對稱中心，以簡化編程；或者工件的設計基準上，以使加工引起的誤差最小。該工件程序原點的設定如圖5所示。

（2）關于G64指令G64指令為連續路徑加工模式，不同數控系統的數控機床都有該加工模式，G64指令具有速度前瞻功能，控制系統預先確定幾個NC程序段的速度，并使其盡可能地以相同的速度運行，避免不斷加速、減速。為保證曲面的輥形精度，z軸進給步距設定非常小，為0.1mm。使用G64指令，有效避免了從一個程序段到下一個程序段的進給頓挫，保證加工順暢。

（3）關于刀尖圓弧半徑補償為了避免出現過切或欠切現象，保證工件加工精度，數控車床刀尖圓弧半徑補償應注意以下五點：①必須正確地選擇假想刀尖方位并在刀具補償頁內輸入刀具的假想刀尖位置號碼。車刀可供選擇的假想刀尖方位有9種，如圖6所示，其中箭頭表示刀尖方向，“O”表示刀位點，“+”表示刀尖圓弧圓心。②必須在刀具補償頁內輸入刀具的刀尖圓弧半徑值。③加工過程中，進刀線和退刀線的長度必須大于刀具刀尖圓弧的半徑。④不要在工件輪廓線上進行刀尖圓弧半徑補償的建立和取消，最好在工件輪廓線以外進行。⑤刀尖圓弧半徑補償指令G41/G42與G40必須跟在直線段上，否則會出現語法錯誤。

（4）關于R參數編程（宏程序）數控車床R參數編程（宏程序）應注意以下兩點：①數控車削加工采用直徑編程，由于曲線方程的X值為半徑值，編制公式曲線的加工程序中的x坐標值應換算為直徑值。②程序設計盡量具有通用性。相類似的工件，只需修改相應參數變量，即可滿足數控加工要求。這樣既縮短了編程時間又不易出錯。本文輥型曲面加工程序適宜同一類型不同規格的矯直輥輥型曲面的加工；圓角加工程序適宜不同直徑圓柱端面上的倒圓角加工。

3避免振刀的措施

為避免工件切削過程產生振動，筆者結合自己加工經驗總結了以下幾點：

（1）采用小圓弧半徑刀具加工。該工件筆者曾嘗試用球頭車刀一次完成輥型曲面及兩側R角的加工，但是由于球頭車刀R圓弧半徑大，切削過程中與工件表面接觸面大，加工產生的切削力大，加工過程中振動明顯，發生啃刀現象。后改變加工工藝輥型曲面、R圓角分別用小圓弧半徑刀具加工，振刀現象得到很大程度的緩解。

（2）心軸由活頂尖換為死頂尖頂緊。采取該項措施后，振刀現象消失。需要注意的是，死頂尖頂工件不要頂太緊，頂尖與工件中心孔處要涂加黃油潤滑。

（3）為避免工件加工過程中松動，工件右端用雙螺母擰緊，如圖5所示。兩螺母在擰緊后，螺母之間產生的軸向力，使螺母牙與螺栓牙之間的摩擦力增大從而防止螺母自動松脫。

4結語

綜上所述，公式曲線類工件廣泛應用與機械工業、航空航海等領域中，其精密加工技術是當前機械制造業重點研究的問題。文章對矯直輥的數控機床精密加工技術進行了詳細的介紹，經過加工實踐驗證，該加工技術合理可靠，加工精密度滿足加工技術要求，其加工技術對類似工件加工具有一定的參考價值。