机械零件数控加工工艺与编程设计浅析

摘要：数控加工是用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题与实现高效化和自动化加工的有效途径。以一典型零件为例介绍数控加工的一般流程，包括毛坯的确定、定位基准的选择、机床与刀具的选择、夹具的选择、切削用量的确定以及程序编制等，最后采用斯沃数控仿真模拟软件进行校核验证，以验证其正确性。

关键词：机械零件；数控加工；程序编制；仿真模拟

数控机床的工作原理是首先根据零件图进行零件的工艺设计，包括刀具的选择、切削用量的选择等，然后按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把程序单中的内容记录在控制介质上，最后输入到数控机床的数控装置中指挥机床加工零件[1]。

1零件图分析

如图1所示，零件C06外形属于典型的回转体零件，不仅包含外螺纹、孔、外圆锥面等基本特征，还包括圆弧面等特征，本次加工的工艺步骤较多。该零件Φ20mm外圆及Φ26mm的孔、1∶5的锥面上表面粗糙度要求均为Ra1.6μm，表面粗糙度都要求较高。Φ46mm的外圆表面（上偏差0mm，下偏差﹣0.025mm），7级精度；Φ24mm的孔（上偏差+0.033mm，下偏差0mm），8级精度；Φ36mm的孔（上偏差+0.012mm，下偏差﹣0.012mm）、Φ20mm的孔（上偏差0mm，下偏差﹣0.033mm），8级精度，尺寸精度要求较高[2-4]。综上所述，该零件的形状比较复杂且零件的加工精度要求较高，所以采用数控车削的方式进行加工。

1.1毛坯确定

C06零件可根据其形状结构、生产类型、设备条件及材料选用130×Φ52mm的棒料，硬度HB为160～210。

1.2定位基准选择

针对零件C06，加工左端时选择右端Φ52mm外圆作为粗基准，加工右端时选择Φ46mm外圆柱段的表面作为精基准[5]。

1.3机床及刀具选择

根据加工对象分析，选用CK6132A机床，加工C06零件所需的刀具表如表1所示。

1.4夹具的选择

在数控车床上常见的夹具方式[6]有自定心卡盘、双顶尖装夹、一夹一顶装夹及用心轴装夹几种方式，根据C06零件结构形状，选用自定心三爪卡盘。

1.5切削用量选择

切削用量包括主轴转速、进给量[7]、背吃刀量等。1.5.1主轴转速确定。主轴转速的确定依据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。具体计算公式为：dVncπ0001=（1）式（1）中：n为主轴的转速，r/min；Vc为选定的切削速度，m/min；d为工件或刀具的直径，mm。切削速度除了计算和查表选取以外，还可以根据实践经验确定。1.5.2进给量确定。进给量的选择上文已给出选择原则，在粗车时选用较高的进给量，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则。查阅机械手册可知，粗加工时的进给量f的取值范围是0.38～0.13mm/r，精加工的进给量f的取值范围是0.13～0.05mm/r，故选取粗车时一般取0.2mm/r，精车时常取0.12mm/r。钻孔的进给量f取0.15mm/r，切槽进给量取0.1mm/r，车螺纹进给量取1.5mm/r，代入公式（1）计算可得：KPn-≤0002（2）式（2）中：P为螺距；K=80。粗加工时，Vf=f×n=0.2×700=140mm/min。精加工时，Vf=f×n=0.12×1000=120mm/min。切螺纹时，Vf=f×n=1.5×700=1050mm/min。同理可得：钻孔时，Vf=f×n=0.15×500=75mm/min；切槽时，Vf=f×n=0.1×500=50mm/min。其中，Vf指进给速度。1.5.3背吃刀量确定。本次加工的零件C06材料为45钢，根据查阅机械手册，选择外圆粗加工的背吃刀量为1mm，精加工为0.25mm。内孔粗加工的背吃刀量为1mm，精加工为0.25mm。钻孔的背吃刀量为10mm，切槽时背吃刀量为5mm。螺纹从0.5mm至0.1mm随进刀次数逐渐减少，槽根据刀宽分2次进行。

1.6工艺路线拟定

C06零件工艺路线如下。使用带锯机下料130×Φ52mm毛坯；毛坯正火处理；三爪卡盘夹持毛坯伸出100mm，平端面见光即可；用麻花钻钻Φ20mm×25mm内孔；粗车内孔Φ24mm×20mm，留0.5mm的余量；精车内孔Φ24mm×20mm到尺寸；粗车1∶5的外圆锥面、R5mm的圆弧、Φ46mm的外圆，留0.5mm的余量；精车1∶5的外圆锥面、R5mm的圆弧、Φ46mm的外圆至尺寸；掉头装夹Φ46mm的外圆表面，平端面至总长104.5mm；粗车Φ20mm外圆、R10mm半球、Φ27mm外圆、Φ36mm外圆，留0.5mm的余量；精车Φ20mm外圆、R10mm半球、Φ27mm外圆、Φ36mm外圆至尺寸；切Φ23mm×5mm退刀槽；车M27×1.5的外螺纹至尺寸，并用螺纹通止规检查；检验并去毛刺，涂防锈油入库。

2程序编制与仿真

数控编程是操作员根据工艺文件和零件图样的要求编制出来的，此程序可在数控机床上运行，并且可以完成规定加工任务的一系列指令[8]。针对C06零件，单件生产，用Φ20mm的钻头钻25mm深的孔（手动钻孔），以左端内孔与左端外轮廓为例介绍手工编制的程序。

2.1左端内轮廓数控加工程序

根据图1编写零件C06左端内孔程序，如表2所示。

2.2左端外轮廓数控加工程序

根据图1编写左端外轮廓数控加工程序，如表3所示。采用斯沃数控仿真模拟软件，将编写好的程序输入，通过程序校验，图2所示为验证零件C06左端外轮廓模拟加工走刀路线[9]。斯沃仿真流程如下：①开机并回零；②新建程序，将编写的左端外轮廓程序、左端内孔程序、右端槽程序、右端螺纹程序、右端外轮廓程序输入数控机床；③安装工件和刀具；④对刀；⑤选择设置毛坯尺寸；⑥进行程序校验。

3总结

本文以典型C06零件为例介绍数控车的一般流程，从最初毛坯的选择到最后工艺卡片的制定（文中未列出），需要计算、查表或依据经验确定各个参数，然后根据确定的各参数进行手工程序编制，再利用斯沃数控模拟仿真软件来验证是否正确，为在机床上加工做准备。

作者:唐锋 单位:湖南工业职业技术学院