車床傳統(tǒng)加工工藝在數(shù)控車加工中的實(shí)現(xiàn)及優(yōu)化分析
2019-7-5 來源： 杭州市臨平職業(yè)高級(jí)中學(xué) 作者：屈政偉
摘 要：當(dāng)前，數(shù)控車加工逐漸呈現(xiàn)出科學(xué)性、集成性以及多元性，對(duì)車床加工工藝的要求也更為嚴(yán)格。在這一背景下，圍繞數(shù)控車加工與車床傳統(tǒng)加工工藝的結(jié)合問題展開分析與研究，并提出了優(yōu)化車床加工工藝的相關(guān)建議。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車 車床加工 優(yōu)化
數(shù)控即數(shù)字控制技術(shù)，是指在數(shù)字化信號(hào)輔助下對(duì)設(shè)備運(yùn)行、加工過程進(jìn)行全面控制的一種自動(dòng)化技術(shù)。數(shù)控車床在數(shù)控技術(shù)輔助下，根據(jù)事先編制數(shù)控程序，對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng)且高效加工處理，具有高度自動(dòng)化、精確性的特點(diǎn)，在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值與潛力。尤其在當(dāng)前機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出集成化、智能化發(fā)展趨勢(shì)的背景下，如何在數(shù)控車床加工中融入傳統(tǒng)車床加工工藝，以改進(jìn)加工流程與方法，已成為業(yè)內(nèi)人士高度重視的一項(xiàng)課題。已有大量研究表明，數(shù)控車床可以以數(shù)控技術(shù)以及數(shù)控程序?yàn)橐龑?dǎo)，將已經(jīng)編制好的數(shù)控程序引入加工過程中，提高機(jī)械零部件加工中數(shù)控設(shè)備的運(yùn)行效率，這成為整個(gè)機(jī)械制造工藝發(fā)展的主流趨勢(shì)之一。本文即圍繞車床傳統(tǒng)加工工藝在數(shù)控車加工中的實(shí)現(xiàn)及其優(yōu)化措施展開分析與探討。
1 、短軸零件連續(xù)加工
在機(jī)械加工領(lǐng)域操作實(shí)踐中，短軸類零件具有較大的尺寸，有良好的剛性，但自身軸向尺寸較大。在短軸類零件的制作加工中，進(jìn)行批量生產(chǎn)，但生產(chǎn)中所選用的毛坯料以長(zhǎng)料為主，必須經(jīng)過處理后方可作為毛坯使用。針對(duì)這一問題，在車床傳統(tǒng)加工工藝中所采取的方法是：將長(zhǎng)毛坯料伸出卡盤 100 ～ 200mm，以實(shí)現(xiàn)一次性裝夾，連續(xù)加工多個(gè)零件，通過此種方式來促進(jìn)短軸類零件加工生產(chǎn)效率的提升。而從數(shù)控加工的角度來說，為實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)短軸類零件的連續(xù)性加工作業(yè)，可以借助子程序調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)。在數(shù)控編程中，通過 G54 ～ G59 實(shí)現(xiàn)對(duì)短軸類工件坐標(biāo)系的設(shè)置，在 X 軸上取值完全一致，在 Z 軸上取值有一定調(diào)整，以待加工短軸類零件工件長(zhǎng)度、斷面切削余量以及切斷刀寬的綜合作為 Z 軸相差值。換言之，假定長(zhǎng)毛坯料伸出卡盤的長(zhǎng)度足夠，很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)短軸類零件的連續(xù)加工作業(yè)。
2、梯形螺紋工藝加工
在數(shù)控機(jī)械操作實(shí)踐中，針對(duì)梯形螺紋的加工是較常涉及的問題之一。梯形螺紋加工深度較深，在普通車床加工中為了完成加工作業(yè)，常常需要采取借刀的工藝方案。換言之，在螺紋加工深度相同的情況下，借助于小拖板對(duì)前后位置進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，以確保機(jī)床螺紋刀以單面方式進(jìn)行切削，減少了切削加工過程中所承受作用力，確保加工作業(yè)的順利完成。而在數(shù)控車床輔助下，完全可以通過數(shù)控編程的方式提前完成對(duì)小拖板位置的調(diào)節(jié)工作，以達(dá)到提高整個(gè)梯形螺紋部件加工精度與自動(dòng)化水平的目的。需要特別注意的是，在對(duì)梯形螺紋進(jìn)行加工的過程中，加工螺紋借刀程序會(huì)反復(fù)運(yùn)行，直至達(dá)到最終螺紋加工深度。在其后多個(gè)步驟的借刀過程中，借刀所需距離不斷降低，此種方式能夠避免在數(shù)控加工過程中梯形螺紋出現(xiàn)過切問題，進(jìn)而影響整體加工效果。
3、連續(xù)走刀自動(dòng)加工
在機(jī)械零部件生產(chǎn)制造加工技術(shù)水平不斷提升的背景下，自動(dòng)化加工形式開始投入生產(chǎn)實(shí)踐中。在這一背景下，實(shí)現(xiàn)“借刀”的最終目的在于連續(xù)性走刀加工。在數(shù)控程序的輔助下，幫助車床實(shí)現(xiàn)連續(xù)性走刀，同時(shí)實(shí)現(xiàn) 2 軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)行的效果，并以此種方式完成軸類機(jī)械零件中圓弧以及錐度等特殊形狀的加工作業(yè)。這一特點(diǎn)在任何一軸類零件數(shù)控車床加工中均有著非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值。通過數(shù)控車床連續(xù)性走刀的方式，完成對(duì)軸類零件倒角、端面、外徑的連續(xù)性走刀切削作業(yè)，從而達(dá)到提高數(shù)控機(jī)械零部件加工效率，改善表面加工質(zhì)量水平的目的。某零件如圖 1所示，在普通車床傳統(tǒng)加工過程中，其遵循的工藝流程為：一是先左端加工：車端面→粗車外圓至標(biāo)準(zhǔn)尺寸→精車外圓至標(biāo)準(zhǔn)尺寸（重復(fù)上述操作直至圓料尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）→倒角→去除毛刺；二是掉頭裝夾直徑 38mm 的外圓，加工右端：粗車外圓至標(biāo)準(zhǔn)尺寸→精車外圓至標(biāo)準(zhǔn)尺寸→切槽→倒角→去除毛刺→螺紋加工。
圖 1 某毛坯圓件加工尺寸示意圖
結(jié)合圖 1 來看，在普通車床加工工藝技術(shù)處理下，被加工零部件表面可能產(chǎn)生一定毛刺，其主要原因是：倒角放在車外圓后，該工序中工件持續(xù)受到刀具作用力擠壓，導(dǎo)致精車后被加工部件右端產(chǎn)生一定毛刺，因此必須在退刀后增加去除毛刺這一處理工序。
而在數(shù)控車床加工技術(shù)的輔助下，可以通過連續(xù)走刀的方式來避免該問題，這樣既可提高加工質(zhì)量，還能夠減少毛刺產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，省略毛刺去除工藝，以達(dá)到降低成本、提高生產(chǎn)效率的目的。在數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)過程中，需要特別注意在外圓加工環(huán)節(jié)，考慮到加工過程中受到外圓連續(xù)走刀以及倒角因素的影響，材料全部被擠至后方，人們必須采取相關(guān)措施，以預(yù)防零件加工表面出現(xiàn)毛刺問題。
4、薄壁筒形零件加工
以某高硬度薄壁筒形零件加工為例，該零件主要構(gòu)成包括臺(tái)階孔、螺紋以及圓角，結(jié)構(gòu)尺寸如圖 2 所示。零件材料選型為 30Cr Mn Si A 高強(qiáng)度鋼材，原材料壁厚為1.5 ～ 2.0mm，硬度為 HRC50 ～ 55。
圖 2 某高硬度薄壁筒形零件結(jié)構(gòu)尺寸
零件加工過程中加工工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用存在的最大難點(diǎn)在于：內(nèi)孔斷續(xù)加工且深度較淺，最薄部位壁厚僅為 1.5mm左右，零件經(jīng)淬火處理后進(jìn)行加工，剛性不足且排屑難度大，不但無法保障加工零件的質(zhì)量與圓度，而且極易發(fā)生變形問題。這些加工難點(diǎn)的存在，使得加工過程中刀具選擇、加工工藝路線安排、工藝裝夾方式確定等成為該零件是否合格的關(guān)鍵。
通過上述分析，在數(shù)控車床應(yīng)用傳統(tǒng)車床加工工藝的背景下，針對(duì)該高硬度薄壁筒形零件所制定的加工工藝流程如下。
第一步，下料；第二步，退火；第三步，普通車床粗加工該零件外圓以及平端面，鉆截面為 58.00mm 通孔并確保所加工零件軸線與兩側(cè)外圓斷面保持垂直狀態(tài)；第四步，數(shù)控車床粗加工該零件內(nèi)型、外型以及兩側(cè)端面，確保與零件軸線保持垂直狀態(tài)。同時(shí)，加工過程中針對(duì)內(nèi)型、外型分別保留 1.0mm 余量，以最大限度地確保經(jīng)淬火處理后零件硬度符合設(shè)計(jì)要求。第五步，熱處理淬火HRC50 ～ 55；第六步，側(cè)面鉆孔，鉆孔截面為 3.2mm；第七 步，對(duì)零件右端進(jìn)行精加工處理，精車內(nèi)孔與螺紋，同時(shí)半精車外圓尺寸至 69.4mm（此環(huán)節(jié)加工作業(yè)中需要為薄壁筒形零件最終精加工成型預(yù)留 0.2mm 的精車余量），長(zhǎng)度為 66.00mm，并保證下道工序加工其他界面內(nèi)孔時(shí)能夠與螺紋保持良好的同軸關(guān)系；第八步，對(duì)零件左端進(jìn)行精加工處理，精車內(nèi)控與螺紋，同時(shí)半精車外圓尺寸至 69．4mm（為零件最終加工留出 0.2mm 的精車余量），長(zhǎng)度為 66.00mm，并保證下道工序加工其他界面內(nèi)孔時(shí)能夠與螺紋保持良好的同軸關(guān)系；第九步，精車外圓，通過精車外圓至截面69.0mm 即可。
5、結(jié)語
結(jié)合以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，在機(jī)械加工過程中，加工工藝是關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控程序操作指令必須面向車床加工工藝提供服務(wù)與支持。在現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)的輔助下，人們必須調(diào)整與改進(jìn)車床傳統(tǒng)加工工藝，以編制出合理、質(zhì)量高且生產(chǎn)成本低的數(shù)控加工程序。本文即結(jié)合數(shù)控加工領(lǐng)域中較為常見的梯形螺紋加工、短軸類零件加工、連續(xù)走刀自動(dòng)加工以及薄壁筒形零件加工等實(shí)例，分析數(shù)控編程輔助下將數(shù)控車加工技術(shù)與傳統(tǒng)車床加工工藝相結(jié)合的技術(shù)方案，并探討了改進(jìn)傳統(tǒng)車床加工工藝的措施與要點(diǎn)，望能夠引起業(yè)內(nèi)重視。
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