環(huán)形斜槽的數(shù)控仿真加工思考分析范文

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摘要：環(huán)形斜槽是軸類零件常見的曲面特征，因其結(jié)構(gòu)的特殊性具有一定的加工難度。以常見軸類零件上的環(huán)形斜槽為例，應(yīng)用斯沃數(shù)控仿真加工軟件，全面地分析了環(huán)形斜槽的數(shù)控加工過程。結(jié)合環(huán)形斜槽常見的加工問題，提出了通用可行的解決辦法及優(yōu)化方案，對該類表面的數(shù)控加工具有一定的理論參考價值和示范推廣意義。

關(guān)鍵詞：環(huán)形斜槽；仿真加工；數(shù)控加工

0引言

軸類零件在機器裝配中主要起支承、傳遞動力等作用，其表面特征有內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、軸肩、槽和螺紋等，其中槽的類型主要有退刀槽、外圓槽、內(nèi)孔槽等［1］，槽形主要以直槽、斜槽為主，而環(huán)形直槽和斜槽的常見加工方法是采用槽刀在車床上完成加工。環(huán)形斜槽因其結(jié)構(gòu)特殊性，加工前必須充分考慮斜槽的結(jié)構(gòu)特征及槽刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)，合理選擇工藝路線和切削用量。本文參考廈門工學(xué)院機械類專業(yè)學(xué)生在金工實習(xí)中常采用的3mm寬的左刀尖高速鋼槽刀加工環(huán)形斜槽的實例，應(yīng)用斯沃數(shù)控仿真加工軟件，探索環(huán)形斜槽的數(shù)控加工方法、常見加工問題及解決方案，給軸類零件環(huán)形斜槽的數(shù)控加工提供仿真加工實踐參考。

1斜槽的仿真加工舉例

1.1加工工藝路線分析

被加工零件如圖1所示，該零件表面上有兩類斜槽，分別是寬度為4mm、斜度30°的環(huán)形斜槽及尺寸為6mm×2mm、斜度為45°的單邊右斜槽。打開斯沃數(shù)控仿真軟件，毛坯尺寸可選為Φ36×84，材料為低碳鋼，按如下加工工藝規(guī)程進行仿真加工：（1）裝夾毛坯，毛坯伸出卡盤長度約70mm。（2）采用外圓車刀平端面并完成對刀。（3）粗、精加工圖1中從左往右至Φ34臺階結(jié)束處，即Z－59，并滿足軸向尺寸要求。（4）槽刀加工兩處30°雙向環(huán)形斜槽至尺寸要求（槽刀徑向進刀，且徑向留0.2mm精加工余量，底部軸及雙向斜邊精加工）。（5）零件調(diào)頭，卡盤夾Φ34外圓，滿足軸向尺寸平端面并完成對刀。（6）粗、精加工圖1從右往左輪廓至Z－26處。（7）槽刀加工6mm×2mm環(huán)形右斜槽至尺寸要求（槽刀軸向步距2mm，徑向進刀，徑向留0.2mm精加工余量，底部軸向及右側(cè)斜面精加工）。（8）粗、精加工螺紋M24×1.5至零件圖上的尺寸要求。

1.2雙向環(huán)形斜槽的仿真加工

根據(jù)加工工藝規(guī)程，工件首次裝夾應(yīng)完成前述1.1中的（1）～（4），所以刀具T01平端面后應(yīng)完成T01、T02、T03的對刀，且在30°雙向環(huán)形斜槽加工前，工件的仿真加工已完成工藝規(guī)程的（1）～（3），對應(yīng)的完成狀態(tài)如圖2所示。根據(jù)30°雙向環(huán)形斜槽的加工精度及表面質(zhì)量要求，選擇T03進行加工時，采用步距2mm、徑向進刀的方式，徑向單邊留0.2mm精加工余量。兩次徑向走刀后完成粗加工，斜槽的雙側(cè)斜面及槽底的精加工通過一次走刀完成。采用如表2所示的數(shù)控加工程序，斯沃數(shù)控仿真加工結(jié)果如圖3和圖4所示。

1.3單向環(huán)形斜槽的仿真加工

工件掉頭裝夾，夾持Φ34外圓處，采用T01車削平右端面，保證零件的軸向尺寸加工精度，并完成T01、T02、T03和T04的對刀，在6mm×2mm單向環(huán)形斜槽加工前，工件的仿真加工已完成工藝規(guī)程的（1）～（6），工件的仿真加工完成狀態(tài)如圖5所示。T03刀寬3mm，步距2mm，故6mm×2mm單向斜槽的粗加工應(yīng)從槽的左側(cè)開始采用3次直進法完成切割，粗加工時單邊留0.2mm的軸向精加工余量。然后將T03定位在斜面開始處（即X24Z－17），通過一次走刀完成斜面精加工及橫向切削修光。其數(shù)控程序如表3所示，仿真加工結(jié)果如圖6所示。

2斜槽加工常見問題及優(yōu)化建議

2.1斜槽加工常見問題

帶倒角的環(huán)形斜槽看起來簡單，但因其結(jié)構(gòu)要求的特殊性，在實際加工時存在以下常見問題：（1）因刀寬與槽寬不相等、槽的表面質(zhì)量要求較高帶來的編程及加工問題。當(dāng)槽寬大于刀寬時，應(yīng)根據(jù)實際情況合理安排步距，采用多次徑向進刀法完成零件的切削加工［3，4］。當(dāng)槽的表面質(zhì)量要求較高時，應(yīng)合理安排粗、精加工，通常留出0.15mm～0.2mm的精加工余量，斜槽倒角與槽底精加工安排在一次切削加工中完成。（2）因退刀路線安排不合理產(chǎn)生碰撞問題，引起槽刀損壞或零件破損。斜槽加工的退刀方式與直槽加工的退刀方式一致，先徑向（X向）退刀，再軸向（Z向）退刀；如果先退軸向再退徑向，則會發(fā)生碰撞問題。（3）斜槽因深度尺寸大帶來的加工難題。當(dāng)槽的深度尺寸較大時，應(yīng)根據(jù)槽深與槽寬的尺寸比例關(guān)系［5］，合理安排數(shù)次徑向進刀，每次徑向進刀完成一定深度的切削加工后，須有相應(yīng)的退刀操作。為提高加工效率，每次徑向進刀后的退刀距離應(yīng)小于進刀量，反復(fù)幾次，直到槽的切削加工完成為止（與深孔的加工類似）。

2.2優(yōu)化斜槽加工

斜槽加工應(yīng)根據(jù)其加工特點進行優(yōu)化，主要有以下幾種方案：（1）優(yōu)化加工順序。因工件強度在斜槽加工前后的變化程度較大，故最佳加工順序是保證斜槽及各工序加工質(zhì)量的主要途徑。因此外圓、內(nèi)孔通常安排在斜槽加工前，螺紋則安排在斜槽加工后。（2）優(yōu)化切削用量。切削速度和進給量對斜槽的加工精度和表面粗糙度起了關(guān)鍵作用，不合理的切削用量不僅會給切削加工工藝系統(tǒng)帶來顫振，而且會大大降低槽刀的使用壽命。切削用量的選擇需綜合工件材料的性質(zhì)、槽刀的幾何形狀等方面考慮，如本文中例子，采用的是高速鋼材料的槽刀加工鋼料，此時切削速度的取值范圍是30m／min～40m／min，進給量的取值范圍是0.05mm／r～0.1mm／r。（3）優(yōu)化走刀路線。斜槽的走刀路線在保證加工質(zhì)量的前提下，應(yīng)縮短工藝路線，減少空走刀時間［6］。槽刀在粗加工時只能徑向進刀去除加工余量，不能軸向走刀。故斜槽的走刀路線通常以槽刀的刀位點確定起始點（左刀尖槽刀起始點在槽的最左側(cè)，右刀尖槽刀起始點在槽的最右側(cè)），粗加工時留出0.2mm作為精加工余量，斜槽的倒角加工與槽底的精加工通過一次走刀完成即為最優(yōu)走刀路線。

3結(jié)語

環(huán)形斜槽是軸類零件常見的表面特征，斜槽的數(shù)控加工是應(yīng)用型本科高校機械類專業(yè)學(xué)生在數(shù)控實習(xí)、數(shù)控技能考證中常見的問題。為了更好地掌握環(huán)形斜槽在數(shù)控車床上的加工工藝，本文從斜槽的斯沃數(shù)控仿真加工入手，詳細地展示了斜槽的仿真加工過程。并對斜槽加工中常見的幾類問題進行了分析，同時也對優(yōu)化斜槽加工提供了幾種通用可行的方案，給環(huán)形斜槽在數(shù)控車床上的加工提供了理論依據(jù)和仿真參考，具有良好的示范價值。

作者：李麗萍 單位：廈門工學(xué)院 機械科學(xué)與電氣工程學(xué)院