一種回轉薄壁類工件加工實踐教學探索

楊 萍，徐 亮，王金鳳

(安徽機電職業技術學院 機械工程學院，安徽 蕪湖 241000)

1 引言

實訓中所加工的工件通過觀察可以直接理解，薄壁零件即為零件的壁厚通常不大于3 mm的零件。然而在實際生產和加工過程中，工件極易變形，并且還伴有切削振動等問題。在加工過程中，若產生非常大的噪聲，那么振動就會愈加激烈，從而給工件加工帶來更大阻力。因此，本實訓主要針對該類零件的加工工藝及切削參數等方面進行了設計研究，并通過FANUC 0i MD數控系統的CK6140型數控車床加工進行實操驗證。

2 實訓準備

2.1 實訓目的

(1) 學會識讀零件圖紙，根據圖紙要求來制定加工方案及選擇合理的切削參數。

(2) 掌握加工指令的格式，并能很好的編程應用。

(3) 熟練數控機床的操作要領以及操作過程。

(4) 學會零件的加工以及測量方法，保證工件的加工精度達到圖紙要求。

(5) 遵守安全生產守則，提高職業素養。

2.2 實訓設備

根據零件圖紙的要求，包括工件的材料、尺寸精度以及形位公差等技術要求，這里主要利用FANUC數控機床有限公司生產FANUC 0i MD的CK6140型四工位回轉刀架數控車床來實訓加工。

2.3 根據零件圖紙確定毛坯

零件如圖1 所示，材料為45鋼，根據圖紙尺寸要求，毛坯尺寸選擇 Φ62 mm×50 mm。

3 實訓步驟

3.1 工件裝夾方式

結合圖紙上的尺寸及技術要求，可以直觀的看到零件壁最小的厚度只有0.8 mm，而在加工該零件時容易因切削力而產生工件的變形等問題。所以為了使得內孔直徑在加工時達到圖紙尺寸要求，可以采用錐體與主軸錐孔相配合的方式來裝夾該薄壁件，以保證工件的裝夾穩定、牢靠，同時拆卸還很方便。

圖1 零件圖

3.2 刀具選擇

各刀具信息如表1所示。

表1 各刀具信息

3.3 量具選擇

各量具信息如表2所示。

表2 各量具信息

3.4 切削用量選擇

在利用數控車床加工薄壁零件時，要對加工工藝進行優化，主要在切削三要素上進行優化。由于圖紙零件壁尺寸非常薄，如果加工過程中的切削力沒控制好，很容易讓零件產生加工變形。在粗加工環節，如果刀具和機床條件滿足，可以盡量選擇大的車削用量和進給速度。在去除毛坯材料時，可以大進給、大直徑刀具和大切深進行切削，并保持低速或中等轉速。在精加工過程中， 應加強每齒進給量控制，以較小的切深、小直徑刀具和高轉速、中進給進行切削加工，確保零件保持穩定切削狀態，以降低零件所受切削力和切削熱，避免零件受到切削變形作用。結合機床性能，可以確定主軸轉速，并集合刀具直徑、零件材料等參數確定轉速。相較于普通車削，車削速度更加快以及直徑方向上的切削量相對也較大。而精加工的ap通常取值范圍在0.2～0.5 mm 內，f取值范圍在 0.1～0.2 mm/r內。相比較而言，切削速度對切削力的影響較小，但是依然需要結合零件直徑、材料等因素進行控制，通常在6～120 m/min 范圍內。加工時一方面要把切削的速度相對提高，另一方面還要避免車床、工件的共振。此外，刀具容易因切削速度過高而產生很大的磨損，不利于延長刀具使用壽命[1]。刀具磨損造成鋒刃磨鈍，影響切削，使得切削力不斷增大，當機床和工件產生振動時，還會出現“軋刀”等嚴重情況。可以選擇大一點兒的刀具主偏角和前角來減小刀具加工的切削力，同時選擇的刀尖圓弧R稍微小一點的車刀。通常的情況下，主偏角為 93°，副偏角在 0°～4°范圍內，刀刃傾角在-2°～0°范圍。

此類壁厚很薄的車削加工零件在加工過程中很難保證不會變形，所以工件的尺寸要求及外形要求也相對很難保證，要怎樣才能確保加工出來的工件符合圖紙設計要求，是需要特別注意的地方，也就是如何避免因加工而造成的工件變形。經多次加工實驗并分析數據，總結如表3所得的合理切削參數選值，可以相應地減少切削力，避免了工件因切削力過大而產生的加工變形。

表3 切削參數

根據圖紙的要求，該工件外圓表面和內孔面的精度要求相對來說還是比較高的，所以要留出精加工的余量，范圍取值在0.2～0.4 mm之間即可，s(主軸轉速)的選值要參照零件圖紙尺寸以及加工選用的刀具參數和性能來選擇，這里可以取高轉速的切削速度s=1000 mm/min。

3.5 工藝路線

(2)用5號Φ20 mm的鉆頭鉆孔；

(5)用表1中4號刀具在外圓直徑φ28mm之處粗、精車加工M30×1.5的內螺紋；

4 參考程序編程

工序1

O0001

T0202 (調用外圓車刀)

M03 S500; (主軸正轉，轉速600r/min)

G00 X62 Z2; (快速引刀至循環起點)

G71 U1 R1;

G71 P11 Q22 U0.5 W0 F0.5;

(調用G71，粗、精加工工件外輪廓面，用子程序P11 Q22編寫輪廓形狀)

N11 G00 X42;

G01 Z0 F0.2;

G02 X60 Z-16.703 R20;

N22 G00 Z-47;

G70 P1 Q2; (取消循環指令)

G00 X100; (快速退刀至安全點)

Z100;

M30; (程序結束)

工序3

O0002

T0303 (調用鏜刀)

M03 S500; (主軸正轉，轉速600r/min)

G00 X20 Z2; (快速引刀至循環起點)

G71 U1 R1;

G71 P1 Q2 U-0.5 W0 F0.5;

(調用G71，粗、精鏜加工工件內輪廓，用子程序P1 Q2規定內輪廓形狀)

N1 G00 X50; (快速引刀至循環起點)

G01 Z-21 F0.2;

X30;

X28 Z-22;

N2 Z-48;

G70 P1 Q2; (取消循環指令)

G00 Z200; (快速退刀至安全點)

M30; (程序結束)

工序6

O0003

T0404 (調用內螺紋刀)

M03 S500; (主軸正轉，轉速600r/min)

G00 X26 Z2; (快速引刀至循環起點)

G92 X28.5 Z-47 F1.5;

(調用G92螺紋固定循環指令)

X29;

X29.5;

X29.8;

X30;

X30;

G00 Z200; (快速退刀至安全點)

M30; (程序結束)

5 結論

通過以上步驟來加工此薄壁件，本實訓中的零件則需要分兩次裝夾才能完成加工，那么在裝夾過程中就要對三爪卡盤精確校正。否則，會影響加工零件出現形位誤差。

結合本實訓，由于該類零件在加工過程中會因切削力、裝夾時夾具的夾緊力以及工件的彎曲和扭曲等因素而產生變形。針對以上問題對該類零件仍需進行加工工藝的優化，對夾具也得進行適當修改和設計以及刀具和切削用量的合理選擇。本實訓報告中給出的FANUC 0i MD數控系統的CK6140型數控車床編程，簡便、容易掌握，學生能很快熟練上手、實際操作。另外，本實訓方案還可針對實際生產加工此類零件有一定的參考指導作用。