多阶梯轴数控车削工艺设计与仿真加工.pdf

第期(总第 期)年 月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o D e c 文章编号:()多阶梯轴数控车削工艺设计与仿真加工金江(重庆科创职业学院,重庆 )摘要:针对多阶梯轴进行了数控车削工艺设计及仿真加工.首先根据零件图纸选择合适的毛坯及加工刀具,制定工件装夹方案,调整安装加工刀具;再根据HN C T数控系统指令编写加工程序;最后使用数控仿真软件进行模拟加工,以验证车削工艺的可行性及数控车削加工程序的正确性.关键词:数控车削;多阶梯轴;工艺设计;仿真加工中图分类号:T G 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:金江(),男,重庆荣昌人,高级技师,本科,主要从事机械制造专业教学工作.引言多阶梯轴零件在数控车削加工中较为常见,因其结构复杂,加工技术难度较大,涉及到零件节点坐标的计算、加工刀具选择与安装、工件的装夹与定位、切削用量的合理选用、加工精度与表面粗糙度等多项技术要点.本文针对多阶梯轴进行了数控车削工艺设计及仿真加工.零件图分析与计算图为本文加工的多阶梯轴零件图.零件结构较为复杂,包含了处圆柱面、处圆锥面、处倒角需要加工.()处圆柱表面直径从右往左分别为mm、mm、mm、mm、mm,尺寸上偏差都为,下偏差分别为 mm、mm、mm、mm、mm.尺寸精度要求较高,需要严格控制精车余量,保证加工尺寸在公差范围之内.()第处圆锥面锥度值为,最小圆锥直径d mm,圆锥体长度L mm,上偏差,下偏差;第处圆锥面圆锥角度为 ,最小圆锥直径d mm,圆锥体长度Lmm.最大圆锥直径计算公式为:t a n(/)C/(Dd)/(L)()其中:/为圆锥半角;C为锥度;D为最大圆锥直径;d为最小圆锥直径;L为圆锥体长度.将数值代入式()计算得:第处最大圆锥直径D mm,第处最大圆锥直径D mm.()考虑处倒角尺寸C采用外圆车刀在精车路径中完成加工,零件最小加工直径为mm,最大加工直径为 mm,零件总长为 mm,零件刚性较差;处工件表面粗糙度要求R a,其余表面粗糙度R a,加工中需要考虑切削用量的合理选用,尽量减少车削加工中的变形量,达到加工精度及表面粗糙度的要求.加工工艺设计 工件安装方案本零件采用三爪卡盘进行工件安装,技术要点如下:三爪卡盘具有自动定心作用,一般不需校正,但装夹较长的工件时,工件离卡盘夹持部分较远处的旋转中心不一定与车床主轴旋转中心重合,需校正.考虑到加工变形问题,将零件分为左端和右端,采用双向掉头装夹方式进行毛坯定位及夹紧.图多阶梯轴零件图 刀具的选择与安装本零件结构较为复杂,零件尺寸较多,公差要求较高,除了选择合理的刀具外,还需根据刀具参数进行正确安装,刀尖位置严格对准零件中心,切槽刀刀片切削刃应严格与零件母线保持平行,防止切削加工过程中发生干涉及振动.量具的选择多阶梯轴零件测量表面较多,包含了圆柱面尺寸、长度尺寸、角度尺寸、锥度尺寸、表面粗糙度等多种测量要求,本文采用游标卡尺检验圆柱面尺寸及长度尺寸,采用万能角度尺检验圆锥角度尺寸,采用表面粗糙度样板对比检验R a值.切削用量的选择考虑到工艺系统刚性问题,外圆粗车选择mm背吃刀量,以减少走刀次数,提高效率;外圆精车选择 mm背吃刀量,以减小加工变形,保证零件尺寸精度.工序卡片设计根据多阶梯轴零件的工艺分析,编写数控车削工艺,如表所示.编制零件加工程序采用华中数控系统HN C T指令编写的多阶梯轴数控车削加工程序如表所示.多阶梯轴仿真加工 毛坯参数设置及安装根据零件图尺寸,考虑选择直径 mm、长度 mm的棒料作为毛坯,材质为 碳素结构钢,毛坯形状为圆柱形,选择三爪卡盘安装,毛坯悬长应超过零件加工长度 mm左右.刀具参数设置及安装考虑采用刀尖角度为 、主偏角为 、刀刃长度为 mm、刀尖圆弧半径为 mm的外圆车刀进行圆柱表面及圆锥表面的加工,刀具安装位置为号刀位;选用刀片宽度mm、刀尖圆弧半径为 mm的切槽刀进行端面及零件总长尺寸加工,刀具安装位置为号刀位.表多阶梯轴数控车削工艺工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速(r/m i n)进给速度(mm/m i n)切削深度(mm)车右端面T mm切槽刀 车平端面粗车右端外形T 精车右端外形T 外圆车刀(刀尖角 )检验掉头装夹车左端面T mm切槽刀 保证总长粗车左端外圆T 精车左端外形T 外圆车刀(刀尖角 )检验表多阶梯轴数控车削加工程序程序段程序含义 程序名为 T 调用号刀具及号刀补(切槽刀)G X Z 快速定位至换刀点,直径X mm,长度Z mm处M S F 主轴正转,转速 r/m i n,进给量 mm/m i n(见表工序卡)G X Z 快速靠近工件,直径X mm,长度Zmm处G Z 快速定位至零件端面起刀点(Z)G X 端面车削,车削终点至零件圆心(X)G Z 水平退刀至Zmm处G X 快速退刀至直径X mm处G X Z 快速退刀至直径X mm,长度Z mm处,主轴转速 r/m i n,进给量 mm/m i n(见表工序卡)S F 根据表工序卡调整粗车主轴转速 r/m i n,进给量 mm/m i nT 调用号刀具及号刀补,外圆车刀G X Z 快速靠近工件,直径X mm,长度Zmm处G U R P Q X Z F 轮廓循环车削,吃刀深度mm(单边mm),退刀量mm,精车直径余量 mm,精车长度余量 mm,进给量 mm/m i nN G X S F 快速定位至直径X mm处,精车转速 r/m i n,进给量 mm/m i nG Z 直线进给至工件端面ZG X Z 车倒角C至直径Xmm,长度Zmm处G Z 外圆车削至直径Xmm,长度Zmm处G X 台阶面车削至直径X mm,长度Zmm处G Z 外圆车削至直径X mm,长度Z mm处G X 台阶面车削至直径X mm,长度Z mm处G X W 混合编程,车削圆锥面至直径Xmm,长度W mmG X 台阶面车削至直径X mm,长度Z mmG W 混合编程,车削圆柱面至直径X mm,长度WmmG X Z 车削 圆锥面至直径X mm,长度Z mmG X 台阶面车削至直径X mm,长度Z mmN G Z 外圆车削至直径X mm,长度Z mmG X Z 快速退刀至直径X mm,长度Zmm处G X Z 快速退刀至直径X mm,长度Z mm处M 主轴停转M 程序结束并返回参考点 建立工件坐标系在手轮方式下,调用号刀具,试切端面,操作数控操作面板进入刀偏表,选择刀偏号为 号,对应试切长度参数栏,输入试切长度值为,点击确定按钮;然后继续使用号刀具,试切毛坯外圆,测量试切后的外圆直径值,对应试切直径栏,输入试切直径值,点击确定按钮;完成号刀具工件坐标系的建立.零件仿真加工完成毛坯参数设置及安装、刀具参数设置及安装并建立工件坐标系工作以后,将程序导入数控系统,进机 械 工 程 与 自 动 化 年第期入自动方式,便可使用数控仿真系统完成对多阶梯轴数控车削仿真加工,加工效果如图、图所示.图多阶梯轴右端仿真加工图多阶梯轴左端仿真加工结语本文对多阶梯轴进行数控车削工艺设计及仿真加工,通过数控仿真系统完成了毛坯尺寸的选择与安装,刀具参数的选择与安装,工件的定位与装夹方案的实施,刀具路径的设计与仿真加工,有效地检验了零件车削工艺的可行性,校验了零件数控车削程序的正确性,杜绝了试切原材料的浪费,节省了大量的机床占机调整时间,为从事数控车床编程与加工工作的专业技术人员提供了较为实用的参考.参考文献:崔兆华数控车床编程与操作从入门到精通M北京:化学工业出版社,周敏数控车床编程与操作经典实例精解M北京:机械工业出版社,张太福数控车工巧用刀偏进行切槽加工J,内燃机与配件,():杨茂芽,刘向红基于UG和V E R I C UT的复杂曲面零件数控加工仿真与优化J模具技术,():M u l t i S t e pA x i sN CT u r n i n gP r o c e s sD e s i g na n dS i m u l a t i o nP r o c e s s i n gJ I NJ i a n g(C h o n g q i n gC r e a t i o nV o c a t i o n a lC o l l e g e,C h o n g q i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T h eN Ct u r n i n gp r o c e s sd e s i g na n ds i m u l a t i o nm a c h i n i n ga r ec a r r i e do u tf o rt h em u l t i s t e pa x i s F i r s to fa l l,s e l e c tt h ea p p r o p r i a t eb l a n ka n d m a c h i n i n gt o o la c c o r d i n gt ot h ep a r td r a w i n g,m a k et h ew o r k p i e c ec l a m p i n gp l a n,a d j u s ta n di n s t a l lt h em a c h i n i n gt o o l;t h e n,w r i t et h em a c h i n i n gp r o g r a ma c c o r d i n gt ot h ei n s t r u c t i o no fHN C Tn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e m;f i n a l l y,s i m u l a t et h em a c h i n i n gb yu s i n gN Cs i m u l a t i o ns o f t w a r e t ov e r i f y t h e f e a s i b i l i t yo f t u r n i n gp r o c e s sa n d t h e c o r r e c t n e s so fN Ct u r n i n gp r o g r a mK e y w o r d s:N Ct u r n i n g;m u l t i s t e pa x i s;p r o c e s sd e s i g n;s i m u l a t i o np r o c e s s i n g(上接第 页)函数保证找到一条最优路径.关于机器人需要具备的自动避障功能,我们选用DWA算法作为机器人的局部路径规划算法,其流程为:首先使用激光雷达扫描来寻找一切即将到来的障碍物,并将数据传递给机器人,接着对数据进行解析,提前规划好最优路线,最后评价每一个方案后择优实现,一直重复上述步骤至遍历完成.M o v e_B a s e是N a v i g a t i o n系统里扮演核心中枢的R O S包,它将机器人导航需要用到的地图、坐标、路径和行为规划器连接到了一起,同时还提供了导航参数的设置接口.使用此功能包可以实时规划出最优的全局与局部路径,清洁机器人可以实现自主导航与自动避障的功能.样机效果制作的清洁机器人样机如图所示,经测试机器人可实现运动控制和S L AM建图,并给出最优路径规划方案.产品适用范围及推广前景在一些大型工厂中,往往需要清洁一些对人体不太友好的废弃物,使用大型设备极大地浪费了资源,并且建造成本极高.在阶梯大教室及会议厅等频繁使用的大型场所更是如此,因此外形小巧、可自动避障、高效率的智能清洁机器人就显得颇为合适了.故该机器人不论在车间、火车站还是大型会议厅均有很广阔的应用前景.图制作的清洁机器人样机参考文献:张伟民,户肖剑,贾群喜基于R O S无人驾驶车算法优化的研究J现代信息科技,():,温淑慧基于R O S的移动机器人自主建图与路径规划J沈阳工业大学学报,():R e s e a r c ho nC l e a n i n gE q u i p m e n tB a s e do nS L AM A l g o r i t h mWA N GQ i,C U IZ h i p e n g,Z E N GX i a n g m i n g,L IJ i a r u i,X U EP e i y a n,Q I A OJ u n f u(D e p a r t m e n to fA u t o m a t i o n,T a i y u a nI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t o i m p r o v e t h e a u t o n o m o u sn a v i g a t i o na n da u t o m a t i co b s t a c l e a v o i d a n c ep e r f o r m a n c eo f r o b o t s,t h i s c l e a n i n gr o b o tb a s e do nS L AMa l g o r i t h mi ss t u d i e d T h i se q u i p m e n t i sc o m p o s e do f c l e a n i n gm e c h a n i s m,c l i m b i n gm e c h a n i s ma n dc o n t r o l s y s t e mT h ec o n t r o lp r o c e s s i s:f i r s t,t h e l i d a r,e n c o d e ra n dv a r i o u ss e n s o r s c o l l e c td a t a i nr e a l t i m ea n dt r a n s m i t i t t o t h ed a t a f u s i o nc e n t e rf o rp r o c e s s i n gt oo b t a i nt h e c u r r e n t a c t u a l p o s t u r eo f t h e r o b o t;s e c o n d l y,t h eGm a p p i n ga l g o r i t h mi su s e dt or e a l i z e t h ea u t o n o m o u sp o s i t i o n i n ga n dm a p p i n go f t h er o b o t;t h ee q u i p m e n t c h a s s i su s e s t h eP I Da l g o r i t h mt oc o n t r o l t h es p e e dr e g u l a t i o no fPWM m o t o ra c c o r d i n gt ot h ed e v i a t i o nb e t w e e nt h ea c t u a l s t a t ea n dt h ed e s i r e ds t a t e;f i n a l l y,t h eAa l g o r i t h mi su s e df o rg l o b a l p a t hp l a n n i n ga n dDWAa l g o r i t h mi su s e dt or e a l i z e t h e l o c a l o b s t a c l ea v o i d a n c e f u n c t i o n T h ep r o t o t y p e i sm a d ea n dt e s t e d,a n dt h er e s u l t ss h o wt h a t t h er o b o t c a nc l e a na l l k i n d so fp l a c e s K e y w o r d s:S L AMa l g o r i t h m;l i d a r;o b s t a c l ea v o i d a n c em e c h a n i s m;c l e a n i n gr o b o t 年第期机 械 工 程 与 自 动 化