車床傳統(tǒng)加工工藝在數(shù)控車加工中的實現(xiàn)及優(yōu)化分析
2019-7-5 來源： 杭州市臨平職業(yè)高級中學 作者：屈政偉
摘 要：當前，數(shù)控車加工逐漸呈現(xiàn)出科學性、集成性以及多元性，對車床加工工藝的要求也更為嚴格。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建議。
關鍵詞：數(shù)控車 車床加工 優(yōu)化
數(shù)控即數(shù)字控制技術，是指在數(shù)字化信號輔助下對設備運行、加工過程進行全面控制的一種自動化技術。數(shù)控車床在數(shù)控技術輔助下，根據(jù)事先編制數(shù)控程序，對工件進行自動且高效加工處理，具有高度自動化、精確性的特點，在現(xiàn)代機械制造業(yè)中具有非常重要的應用價值與潛力。尤其在當前機械制造產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出集成化、智能化發(fā)展趨勢的背景下，如何在數(shù)控車床加工中融入傳統(tǒng)車床加工工藝，以改進加工流程與方法，已成為業(yè)內(nèi)人士高度重視的一項課題。已有大量研究表明，數(shù)控車床可以以數(shù)控技術以及數(shù)控程序為引導，將已經(jīng)編制好的數(shù)控程序引入加工過程中，提高機械零部件加工中數(shù)控設備的運行效率，這成為整個機械制造工藝發(fā)展的主流趨勢之一。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
在機械加工領域操作實踐中，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，進行批量生產(chǎn)，但生產(chǎn)中所選用的毛坯料以長料為主，必須經(jīng)過處理后方可作為毛坯使用。針對這一問題，在車床傳統(tǒng)加工工藝中所采取的方法是：將長毛坯料伸出卡盤 100 ～ 200mm，以實現(xiàn)一次性裝夾，連續(xù)加工多個零件，通過此種方式來促進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，為實現(xiàn)對多個短軸類零件的連續(xù)性加工作業(yè)，可以借助子程序調(diào)用的方式實現(xiàn)。在數(shù)控編程中，通過 G54 ～ G59 實現(xiàn)對短軸類工件坐標系的設置，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，假定長毛坯料伸出卡盤的長度足夠，很容易實現(xiàn)對多個短軸類零件的連續(xù)加工作業(yè)。
2、梯形螺紋工藝加工
在數(shù)控機械操作實踐中，針對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，借助于小拖板對前后位置進行合理調(diào)節(jié)，以確保機床螺紋刀以單面方式進行切削，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小拖板位置的調(diào)節(jié)工作，以達到提高整個梯形螺紋部件加工精度與自動化水平的目的。需要特別注意的是，在對梯形螺紋進行加工的過程中，加工螺紋借刀程序會反復運行，直至達到最終螺紋加工深度。在其后多個步驟的借刀過程中，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，進而影響整體加工效果。
3、連續(xù)走刀自動加工
在機械零部件生產(chǎn)制造加工技術水平不斷提升的背景下，自動化加工形式開始投入生產(chǎn)實踐中。在這一背景下，實現(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，幫助車床實現(xiàn)連續(xù)性走刀，同時實現(xiàn) 2 軸聯(lián)動運行的效果，并以此種方式完成軸類機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用價值。通過數(shù)控車床連續(xù)性走刀的方式，完成對軸類零件倒角、端面、外徑的連續(xù)性走刀切削作業(yè)，從而達到提高數(shù)控機械零部件加工效率，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→粗車外圓至標準尺寸→精車外圓至標準尺寸（重復上述操作直至圓料尺寸達到設計標準）→倒角→去除毛刺；二是掉頭裝夾直徑 38mm 的外圓，加工右端：粗車外圓至標準尺寸→精車外圓至標準尺寸→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
結合圖 1 來看，在普通車床加工工藝技術處理下，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)生的風險，省略毛刺去除工藝，以達到降低成本、提高生產(chǎn)效率的目的。在數(shù)控機床生產(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，人們必須采取相關措施，以預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，該零件主要構成包括臺階孔、螺紋以及圓角，結構尺寸如圖 2 所示。零件材料選型為 30Cr Mn Si A 高強度鋼材，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構尺寸
零件加工過程中加工工藝設計應用存在的最大難點在于：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鍵。
通過上述分析，在數(shù)控車床應用傳統(tǒng)車床加工工藝的背景下，針對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、外型以及兩側端面，確保與零件軸線保持垂直狀態(tài)。同時，加工過程中針對內(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計要求。第五步，熱處理淬火HRC50 ～ 55；第六步，側面鉆孔，鉆孔截面為 3.2mm；第七 步，對零件右端進行精加工處理，精車內(nèi)孔與螺紋，同時半精車外圓尺寸至 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留 0.2mm 的精車余量），長度為 66.00mm，并保證下道工序加工其他界面內(nèi)孔時能夠與螺紋保持良好的同軸關系；第八步，對零件左端進行精加工處理，精車內(nèi)控與螺紋，同時半精車外圓尺寸至 69．4mm（為零件最終加工留出 0.2mm 的精車余量），長度為 66.00mm，并保證下道工序加工其他界面內(nèi)孔時能夠與螺紋保持良好的同軸關系；第九步，精車外圓，通過精車外圓至截面69.0mm 即可。
5、結語
結合以往工程實踐經(jīng)驗來看，在機械加工過程中，加工工藝是關鍵技術之一。隨著數(shù)控加工技術的發(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與支持。在現(xiàn)代化數(shù)控技術的輔助下，人們必須調(diào)整與改進車床傳統(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。本文即結合數(shù)控加工領域中較為常見的梯形螺紋加工、短軸類零件加工、連續(xù)走刀自動加工以及薄壁筒形零件加工等實例，分析數(shù)控編程輔助下將數(shù)控車加工技術與傳統(tǒng)車床加工工藝相結合的技術方案，并探討了改進傳統(tǒng)車床加工工藝的措施與要點，望能夠引起業(yè)內(nèi)重視。
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