杠桿類零件數(shù)控加工及模擬仿真的方法

李維亮

摘要：杠桿類零件在各類機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用率較高，一般為批量化生產(chǎn)，其性能和加工精度對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮有著較大影響，因此，如何保證杠桿類零件的加工質(zhì)量和效率，一直是機(jī)械加工行業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)。本文對(duì)杠桿類零件的數(shù)控加工及模擬仿真方法進(jìn)行探討，為提高該類零件的加工質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：杠桿類零件;數(shù)控加工;模擬仿真

1 引言

杠桿類零件在各種機(jī)器設(shè)備中較為常見，其工作原理通常為通過往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化或傳遞。由于該類零件處于不斷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，長期承受交變荷載作用，對(duì)該類零件的加工質(zhì)量要求非常高。因此，深入研究杠桿類零件的加工工藝，保證該類零件的加工質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要介紹杠桿類零件的數(shù)控加工，以及通過使用模擬仿真軟件來提高實(shí)際加工時(shí)的效率和準(zhǔn)確性的方法。

2 杠桿類零件數(shù)控加工前的準(zhǔn)備

由于杠桿類零件加工時(shí)尺寸及形位公差要求較高，為保證此類零件的加工質(zhì)量，在實(shí)際加工前應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作。

2.1根據(jù)所要加工零件的材質(zhì)，確定加工時(shí)所需的刀具

不同材料性能存在較大差別，同時(shí)零件在使用時(shí)還有各種性能的要求，所以杠杠類零件的毛坯一般都需要進(jìn)行熱處理。加工杠桿類零件時(shí)需充分研究加工方法，做好杠桿類零件所需刀具的加工性能的分析，并從經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行論證，保證所選刀具的合理性。

2.2明確數(shù)控加工前，零件已經(jīng)加工到的狀態(tài)

在使用數(shù)控機(jī)床對(duì)杠桿類零件進(jìn)行精加工前，應(yīng)該明確零件已完成的加工內(nèi)容，即數(shù)控精加工前的“毛坯狀態(tài)”，從而明確數(shù)控加工的內(nèi)容，同時(shí)提前考慮精加工時(shí)的裝夾方案以及裝夾工裝的設(shè)計(jì)。

數(shù)控精加工前需要加工到的“毛坯狀態(tài)”，基本原則總結(jié)如下五點(diǎn)：

（1）零件外形尺寸較小時(shí)，根據(jù)零件的最大外形尺寸，并按照工藝留量要求，可將毛坯粗加工成規(guī)則六面體。

（2）零件外形較為復(fù)雜時(shí)，按照工藝留量的要求，可將毛坯進(jìn)行整體的粗加工，并在合理位置作精加工時(shí)的找正基準(zhǔn)。

（3）零件的厚度尺寸有較高尺寸公差及形位公差要求時(shí)，在粗銑后可使用磨床將厚度尺寸加工符圖。

（4）有內(nèi)花鍵或公差要求較高的內(nèi)孔的杠桿類零件，在粗銑后可使用慢走絲機(jī)床將內(nèi)花鍵、內(nèi)孔等加工符圖。

（5）零件的外形輪廓有較小內(nèi)圓角、直角清根、內(nèi)凹等使用刀具很難加工到部位時(shí)，在粗銑后可使用慢走絲機(jī)床加工符圖。

2.3 建立杠桿類零件三維模型

建立零件的三維模型是編制數(shù)控加工程序和進(jìn)行加工模擬仿真的第一項(xiàng)工作，數(shù)控加工程序編制方法有手工編程和自動(dòng)編程之分。但是，無論采用何種編程方法，都需要建立該零件的三維模型，當(dāng)然這就需要有相應(yīng)配套的硬件和軟件。

3杠桿類零件數(shù)控加工流程

杠桿類零件加工工藝較為復(fù)雜，要求工藝人員要明確加工流程，做好重點(diǎn)加工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。編制數(shù)控加工程序時(shí)應(yīng)做好以下三項(xiàng)工作。

3.1 基準(zhǔn)面的選擇

基準(zhǔn)面選擇是否合理、得當(dāng)直接影響往復(fù)杠桿零件的加工質(zhì)量與效率，因此，工藝人員應(yīng)做好精加工基準(zhǔn)的合理選擇。一方面，為保證定位精度，應(yīng)盡量選擇面積足夠大、光潔、平整的表面作為加工基準(zhǔn)。如果零件需要多次裝夾，最好使用同一個(gè)精加工基準(zhǔn)，尤其對(duì)于重要的定位基準(zhǔn)，以防止產(chǎn)生較大的位置誤差。另一方面，選擇精加工基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)認(rèn)真落實(shí)以下內(nèi)容：

（1）為防止設(shè)計(jì)與定位基準(zhǔn)不重合誤差的出現(xiàn)，應(yīng)考慮將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn);

（2）為防止基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化引入誤差，保證各表面位置精度，定位基準(zhǔn)應(yīng)統(tǒng)一;

（3）要求加工均勻且余量較小的精加工，可以加工表面作為基準(zhǔn);

（4）為方便定位，可選擇尺寸較大、有精度要求的表面作為精基準(zhǔn)。

（5）當(dāng)工序基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)做好相關(guān)尺寸的換算和核算，保證裝夾準(zhǔn)確性的同時(shí)，提高零件的加工精度。

3.2 工件坐標(biāo)系的設(shè)定

工件坐標(biāo)系是編制數(shù)控加工程序時(shí)使用的坐標(biāo)系，又稱編程坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系是人為設(shè)定的。工件坐標(biāo)系及其坐標(biāo)零點(diǎn)得設(shè)置主要考慮編程與加工時(shí)計(jì)算與測(cè)量的方便性。

工件坐標(biāo)系只是編程人員在圖紙上建立的坐標(biāo)系，當(dāng)工件裝夾到機(jī)床上時(shí)，機(jī)床需要建立機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的關(guān)系。數(shù)控系統(tǒng)只需要知道工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系的確切位置，就可以正確執(zhí)行所編制的數(shù)控程序，加工出零件。

杠桿類零件大多數(shù)都有尺寸和形位公差要求較高的孔，且其他各部與該孔都有尺寸公差要求，所以在設(shè)定工件坐標(biāo)系時(shí)，設(shè)定在該精加工孔為較好的方案。

3.3 數(shù)控加工工藝流程

杠桿類零件的機(jī)械加工的流程需要考慮多方面的因素，主要有以下各個(gè)方面：

（1）裝夾找正的方式、工裝夾具的設(shè)計(jì)

（2）確定加工余量

（3）防止由于加工所造成的變形

（4）尺寸和形位公差的要求

（5）多次裝夾加工基準(zhǔn)的確定

應(yīng)綜合分析以上各方面的因素，合理規(guī)劃加工的工藝流程、劃分加工階段，使用數(shù)控機(jī)床以及專用夾具進(jìn)行加工。

通常情況下，杠桿類零件的加工工藝流程主要分為粗加工、半精加工、精加工等環(huán)節(jié)。為保證杠桿類零件的表面粗糙度、尺寸公差、形狀位置公差的設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行精加工，需要注意的是，確定杠桿類零件的加工流程時(shí)，還應(yīng)考慮是否進(jìn)行熱處理。結(jié)合熱處理性質(zhì)，將其安排在合理的環(huán)節(jié)中，例如，有的在粗加工前進(jìn)行熱處理，有的在粗、精加工之間進(jìn)行熱處理，具體情況應(yīng)作具體分析。本文主要介紹杠桿類零件在數(shù)控機(jī)床上的精加工。

這里以有兩孔的杠桿為例進(jìn)行說明，該零件在精加工前的“毛坯狀態(tài)”為按最大輪廓單邊留量2mm的六面體，其中厚度尺寸由磨床加工到圖紙要求值。

（1）精加工前需設(shè)計(jì)專用定位裝夾胎具，利用兩孔進(jìn)行定位裝夾，所以需要先將兩孔加工到尺寸，利用臺(tái)鉗裝夾活件。

（2）將專用裝夾胎具放置于工作臺(tái)上，并按基準(zhǔn)找正0.02mm以內(nèi)，設(shè)定零件大孔對(duì)應(yīng)位置為工件坐標(biāo)系。

（3）將零件裝夾到專用胎具上。

（4）使用數(shù)控程序加工該次裝夾的可加工部位。

（5）零件翻個(gè)裝夾，還是利用兩孔定位，使用數(shù)控程序加工該次裝夾的可加工部分。

（6）復(fù)檢各尺寸及形位公差是否滿足圖紙要求。

（7）交檢合格后，卸下活件。

3.4數(shù)控機(jī)床加工參數(shù)的確定

為保證加工精度，應(yīng)確定好機(jī)床加工的各項(xiàng)參數(shù)，包括精加工余量、切削進(jìn)給量、走刀速度（F）、主軸轉(zhuǎn)速（S）等。在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，需要綜合分析零件的材質(zhì)、裝夾方式的牢固性、夾具系統(tǒng)剛度、所選刀具的主要性能參數(shù)以及機(jī)床功率等內(nèi)容。

4杠桿類零件加工的模擬仿真

計(jì)算機(jī)輔助制造CAM是指在機(jī)械制造業(yè)中，利用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)通過各種數(shù)字控制機(jī)床和設(shè)備，自動(dòng)完成離散產(chǎn)品的加工、裝配、檢測(cè)和包裝等制造過程。

運(yùn)用CAM實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的模擬仿真的流程如下所示：

（1）獲取CAD模型

（2）加工工藝分析和規(guī)劃

（3）根據(jù)CAD模型，建立符合實(shí)際情況的毛坯

（4）加工工序的建立

（5）加工刀具的建立

（6）導(dǎo)入自動(dòng)編程軟件生產(chǎn)的NC代碼文件

（7）進(jìn)行加工模擬仿真

（8）根據(jù)生成的報(bào)告及對(duì)比分析結(jié)果，對(duì)NC代碼文件進(jìn)行優(yōu)化

（9）傳輸?shù)綑C(jī)床，進(jìn)行實(shí)際的零件加工

5結(jié)語

使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行杠桿類零件的加工，可以有效的提高該類零件的加工質(zhì)量和效率，但在實(shí)際加工前，必須應(yīng)用模擬仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證，提前發(fā)現(xiàn)數(shù)控程序存在的各種問題，從而完善和優(yōu)化數(shù)控程序。同時(shí)，由于杠桿類零件種類繁多，在安排加工工藝流程時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況，具體情況具體分析，合理安排加工順序，總的原則是先粗后精、先易后難、盡量減少零件裝夾次數(shù)、盡量使用同一加工基準(zhǔn)、有效防止零件的變形、保證零件的加工質(zhì)量。

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（作者單位：中國第一重型機(jī)械股份公司）