技师论文——数控车削配合件中不同配合类型加工方法解析.doc

技 师 参 评 论 文 数控车削配合件中不同配合类型加工方法解析企业名称：南车株洲电机有限公司姓 名： 张 朝 望 考评职业： 数控车工二级 数控车削配合件中不同配合类型加工方法解析南车株洲电机有限公司 张朝望指导老师：杨学军（高级工程师） 陈东彪（高级技师）摘 要：本文主要针对FANUC系统数控车床车削加工配合工件加工难点进行具体分析，通过不同配合类型的加工实例阐述配合件的加工注意事项、工艺分析、编程思路及加工方法。同时，在加工配合件的过程中使用B类宏程序解决椭圆、双曲线等非圆曲线轮廓的加工。关键词：配合件 尺寸链 非圆型面 配合加工 宏程序引 言：随着人们生活节奏的加快以及城市交通的需求，城轨和地铁大量涌现，然而作为承载千万生命的客运设备，其安全性就尤为重要。零件是机械中的最小单位，一部机器要能正常工作，发挥应有的效用，那么零件与零件之间的配合是保证的关键。随着科技的发展和工业技术的逐渐成熟，数控加工设备的使用日益广泛，加之对零件表面的粗糙度、位置度及相互配合之间的要求不断提高，普通机床很难达到，那么就需要在数控机床上完成。下面以数控车削加工配合件中不同配合类型的加工为例讨论配合件的加工。1、 配合件结构及加工难点分析图1 配合件装配图1、 从装配图（图1）可以看出各个零件之间包含多种配合类型。左端（工件a、b配合）为轴套配合，同时包含锥度面配合，且配合间隙仅为0.1mm。同时，根据图示可知：当工件a、b配合时，会导致26mm孔与轴的配合和锥度面的配合产生过定位，所以为了保证配合的顺利进行，在实际加工中则需要根据装配要求，在单个工件本身的公差要求的基础上进行公差的重新分配。右端（工件b、c配合）为螺纹配合和非圆曲线配合，在实际加工中需注意螺纹之间旋合后的松紧配合关系及螺纹旋向，确保配合后的椭圆外轮廓满足要求。在加工螺纹时，应考虑螺纹加工过程中受热而导致的牙型的膨胀（一般约为螺纹大径-0.13P）。同时，在螺纹两端应设置足够的升速进刀段1（一般大于2P）和降速退刀段2(一般大于P)，以消除两端因变速而出现的非标准螺距的螺纹段。（工件a）图2 配合件左端零件图 （工件b）图3 配合件中间零件图（工件c）图4 配合件右端零件图2、 从图样轮廓中可以看出配合件右端呈椭圆状，而FUNAC系统中没有直接的插补指令适合此类非圆曲线的加工，因此编程中需要采用用户宏程序来完成此处的椭圆加工。在使用宏程序加工椭圆时，应选择适合的步距。步距可能是长度或者角度，步距越小，加工精度越高，但加工效率越低。同时需注意宏程序编程时只能选择仿形粗车循环指令G73，而不能使用外圆粗车循环指令G71。2、 工艺分析1、 配合件左端加工工艺分析在配合件左端（工件a、b配合）包含锥度面配合，且配合公差仅为0.1mm，所以在实际加工中需要对配合件左端的单个零件公差进行重新分配。工件a的测量基准在左端，所以需要通过尺寸链计算确定工件a的实际加工长度，同时需要通过尺寸链计算得出工件a的锥度长度；工件b中需要通过尺寸链计算锥度的长度和锥度右侧整体的实际加工长度。（1）尺寸链的计算为了确保配合件在装配时满足图1的要求，故需对配合件的每个组成件进行尺寸链计算。图a 图b计算工件a锥度的长度（尺寸链简图如图a）。根据尺寸链定义：工件a中长度mm为间接保证的尺寸，故为封闭环；工件a总长度mm为增环，锥度长度为减环。根据公式： 和可知：工件a的锥度长度为mm。计算工件a中26mm孔的长度（尺寸链简图如图b）。根据尺寸链定义：工件a中长度mm为间接保证的尺寸，故为封闭环；工件a总长度mm为增环，26mm孔的长度为减环。根据公式可知：工件a中26mm孔的长度为mm。图c 图d计算工件b中锥度的长度（尺寸链简图如图c）。根据尺寸链定义：工件b中配合间隙mm为间接保证的尺寸，故为封闭环；工件b的锥度长度为增环，工件a中计算得出的锥度长度mm为减环。根据公式可知：工件b的锥度长度为mm。计算工件b中锥度右侧整体的实际加工长度（尺寸链简图如图d）。根据尺寸链定义：配合件中配合间隙mm为间接保证的尺寸，故为封闭环；配合件中组装长度mm为增环，工件a的总长度mm为减环，工件b中锥度右侧整体的实际加工长度为减环。根据公式可知：工件b中锥度右侧整体的实际加工长度为mm。（2）加工工序划分在配合件左端工件a中，26mm孔的下偏差为0mm，公差等级为IT7，轴的公差为0.011mm，查阅标准公差数值表（GB/T 1800.31998）可知公差等级为IT6。根据轴和孔的尺寸可以判断配合为基孔制。经过分析零件的尺寸精度、几何形位精度和表面粗糙度要求，同时兼顾装夹定位的方便原则，作出以下加工方案：先加工套(工件a)，后加工轴（工件b）。加工工件a的内孔，再加工工件a的外圆。手动切断，保证总长39mm。2、 配合件右端加工工艺分析在配合件右端（工件b、c配合）包含螺纹配合和非圆曲线配合，在实际加工中必须考虑两个螺纹之间旋合后的松紧配合关系。在加工螺纹时，应考虑螺纹加工过程中受热而导致的雅兴的膨胀（一般根据材料的变形大小，取0.1P-0.5P）。同时，有螺纹配合的配合件在机床选择时要注意螺纹的旋向和机床的卡盘转向，故需考虑机床的选择。（1）左旋螺纹加工方法分析以前置刀架数控车床为例：一般经常加工的都是右旋螺纹，右旋螺纹加工时，主轴旋转方向为正转，螺纹刀进给F方向为由正向负（即刀具驶向卡盘）。加工左旋螺纹则不同，从经济角度考虑，同一机床（即前置刀架数控车床）在加工左旋螺纹时，有两种加工方式：主轴仍为正向旋转，只不过需要改变了螺纹刀的进给方向，从负向正加工（即刀具驶离卡盘）。个人觉得这种方法不是很好，因为加工螺纹之前Z向必须要有适当的升速进刀段和降速退刀段。如果采用这种加工方法，从负向正加工时，很难保证有足够的升速进刀段。主轴为逆向旋转，刀具进给仍是由正向负，只不过此时安装刀具时必须把螺纹刀柄反过来安装。个人觉得这种方法也不是很好，因为不便于观察，存在安全隐患。若从方便加工的角度考虑：可以选择后置刀架数控车床，加工左旋螺纹时，主轴为正向旋转，刀具进给仍是由正向负（即驶向卡盘方向）。无论选择何种方式进行螺纹加工，都必须保证刀具的进给方向和主轴的旋转方向相相对应，即刀具的切削方向与工件的旋转方向相对，否则会出现打刀或者更危险的事故。（2）螺纹几何参数的计算为了确保配合件在装配时满足图纸要求，需考虑到螺纹配合的旋合松紧，故需要对螺纹的几何参数进行计算。计算工件b螺纹的小径。故，工件b螺纹的小径（即孔底直径）为28.5mm。计算工件c螺纹的小径。故，工件c螺纹的小径为28.05mm。计算工件c螺纹的大径。故，工件c螺纹的大径为29.85mm。（3）加工工序划分在配合件右端配合中，外螺纹为M301.5L-6g，内螺纹为M301.5L-6H，可以判断配合为基孔制。经过分析零件的尺寸精度、几何形位精度和表面粗糙度要求，同时考虑到装夹的方便性，作出以下加工方案：先加工套（工件b），后加工轴(工件c)。 先使用G71粗加工工件b左端，使用G70精加工。调头装夹2628mm处，使用G71粗加工套的内孔，使用G70精加工。加工螺纹退刀槽431mm，加工内螺纹M301.5L-6H。使用G73粗加工外部椭圆，留精车余量。加工工件c的左端，留2830mm的夹持位置（毛坯5282mm足够）。掉头夹持2830mm的位置，使用G73指令粗加工右端椭圆。手工切断，保证长度52mm。将工件c拆卸，换装工件b。将工件c旋入工件b中，精加工椭圆。工艺改进由于上述工艺存在工件b的两次装夹，可能会产生基准不重合误差（装夹误差）。同时，考虑到装夹操作的方便性，作出以下加工方案：先加工轴(工件c)，后加工套（工件b）。加工工件c的左端，留2830mm的夹持位置（毛坯5282mm足够）。 掉头夹持2830mm的位置粗加工右端椭圆（使用G73指令）。手工切断，保证长度52mm。先使用G71粗加工工件b左端，使用G70精加工。调头装夹3628mm，使用G71粗加工套的内孔，使用G70精加工。加工槽431mm，加工内螺纹M301.5L-7H。使用G73粗加工外部椭圆，留精车余量。将工件c旋入工件b中，精加工椭圆。3、 零件的装夹此实例中的螺纹为左旋螺纹，根据加工工艺分析从方便加工的角度考虑，确定采用CK7820型后置刀架数控卧式车床。数控车床上零件的安装方法与普通车床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，主要注意以下几点：1.尽量保证设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于提高编程时数值计算的简便性和精确性。2.尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工出全部待加工面。3.在螺纹配合加工时应注意机床的选用和螺纹配合的旋向（此处为了方便加工应选择后置刀架机床）。4.为了消除设备的惯性，应保证加工螺纹时有一定的升速进刀段1（一般大于2P）和降速退刀段2(一般大于P)，以剔除两端因变速而出现的非标准螺距的螺纹段。5.在装夹已加工表面时应采用软爪装夹或加装紫铜垫，防止已加工表面压伤。6.加工工件a的内孔时，需根据毛坯大小注意套的夹持位置，防止刀具与卡盘面相撞。7.加工工件c时，因为工件左端为M301.5L-6g的螺纹，故不可直接夹持。但是工件毛坯5282mm长度足够，故在加工时可以在最左边留适当长度作为工艺夹持位置。根据零件的尺寸、精度要求和生产条件选择最常用的车床通用的三爪自定心卡盘。三爪自定心卡盘可以自定心，夹持范围大，适用于轴类和小型盘类零件。在工件掉头加工时应采用铜垫或软爪装夹。3、 加工参数1、确定数控加工刀具加工工件a时需要4把刀具：T01（1号刀具）选用90粗镗孔刀，T02（2号刀具）选用90精镗孔刀（刀杆伸出长度为45mm） ，T03（3号刀具）选用93外圆车刀，T04（4号刀具）外圆切槽刀（刀宽4mm）。加工工件b时需要6把刀具：T01（1号刀具）选用90粗镗孔刀，T02（2号刀具）选用精镗孔刀（刀杆伸出长度为30mm） ，T03（3号刀具）选用93外圆车刀，T05（5号刀具）35外圆车刀，T06（6号刀具）4mm内车槽刀，T07（7号刀）60内螺纹刀。加工工件c时需要3把刀：T03（3号刀具）选用93外圆车刀，T04（4号刀具）外圆切槽刀（刀宽4mm），T08（8号刀具）60外螺纹刀。故，综上所述加工时需8把刀具即可满足加工。* 因为所给毛坯为5282mm棒料，故在加工工件a和工件b的右端时需预钻孔。其中工件a的孔为20mm，工件b的孔为28mm。2、切削参数的选择（表1）序号刀具号刀具类型加工类型主轴转速n/(r/min)进给速度Vf/(mm/r)背吃刀量（mm）1T010190粗镗孔刀内孔加工10000.2522T020290精镗孔刀内孔加工14000.10.53T030393外圆车刀外圆加工粗加工：1000粗加工：0.252精加工：1400精加工：0.10.54T04044mm外圆槽刀外槽加工8000.1545T050535外圆车刀外圆加工粗加工：1000粗加工：0.252精加工：1400精加工：0.10.56T06064mm内车槽刀内槽加工8000.1547T070760内螺纹刀内螺纹6001.50.60.18T080860外螺纹刀外螺纹6001.50.60.19*20钻头钻孔300手动1010*28钻头钻孔260手动14表1 切削参数的选择3、 注意事项1 在编程程序中应注意使用G50（最高限速）、G96（恒线速度切削）等相关代码，使机床在加工过程中根据工件直径的变化调整主轴转速，确保恒线速度切削，以保证加工精度和工件的表面粗糙度。2 在刀具安装过程中应注意刀具在加工过程中的干涉问题，防止安全事故的发生。如果有需要，可以适当调整刀具位置，但应注意必须同时调整程序中的刀具号。4、 编制加工程序此实例中工件的加工程序较为简单，值得注意的是在编制螺纹加工程序时应保证适当的升速进刀量（一般大于2倍螺距的长度）和降速退刀量（一般大于螺距的长度）。在使用螺纹切削指令时，主轴应指定恒转速（G97）指令，因为切削螺纹时，为能加工到螺纹小径，车削时X轴的直径是逐次减小，若使用G96恒线速控制指令，则工件旋转时，其转速会随切削点直径减少而增加，这会使螺纹的导程产生变动从而发生乱牙现象。在加工工件b左端时，从效率考虑，此处不选用车循环指令G73对其进行加工；但是，在加工工件b右端以及工件c右端时，由于有非圆曲线（椭圆）轮廓，会使用到宏程序，故应使用仿形粗车循环指令G73对其进行加工。此处仅给出工件b右端的加工程序：O0001（工件b右端加工）G97 M03 S1000 T0303G0X100Z100G42X55 （工件毛坯为5282mm）Z2G73U21R11 （仿形粗车循环，X向总退刀量21mm，走刀11次）G73P10Q40U0.5F0.15 （X向精车余量0.5mm，粗车进给速度每转0.15mm）N10G1X47.457F0.1 （精车进给速度每转0.1mm）Z0 #3=6 （椭圆加工，起点相对于椭圆圆心的位置）N20IF#3LT-30GOTO30#4=24*SQRT1600-#3*#3/40 （椭圆标准方程推导所得的参数方程）G01X2*#4Z#3-6 （椭圆插补）#3=#3-0.3 （步距为0.3mm ,步距越小 ，加工精度越高，加工效率越低） GOTO20N30G01X55F0.2 （加工完毕，刀具移出）N40U1G0X100Z10M05M00T0303M03 S1400 G70P10Q40 (精车循环，从N10开始，到N40结束)G0X100Z100M05M305、 实例总结在本实例中需要做到以下几点：1、要满足装配精度，必须考虑相互配合的工件之间的尺寸公差的影响。如果不考虑配合件之间的配合关系，仅仅只依照单个工件的尺寸公差要求进行加工，最终可能会不满足装配精度。2、对尺寸链要有深刻的理解，能够快速准确的判断出封闭环、增环和减环，在尺寸链的计算过程中保证计算的正确性。3、有螺纹配合