环形斜槽下数控仿真加工探究

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摘要：环形斜槽是轴类零件常见的曲面特征，因其结构的特殊性具有一定的加工难度。以常见轴类零件上的环形斜槽为例，应用斯沃数控仿真加工软件，全面地分析了环形斜槽的数控加工过程。结合环形斜槽常见的加工问题，提出了通用可行的解决办法及优化方案，对该类表面的数控加工具有一定的理论参考价值和示范推广意义。

关键词：环形斜槽；仿真加工；数控加工

０引言

轴类零件在机器装配中主要起支承、传递动力等作用，其表面特征有内外圆柱面、内外圆锥面、轴肩、槽和螺纹等，其中槽的类型主要有退刀槽、外圆槽、内孔槽等［１］，槽形主要以直槽、斜槽为主，而环形直槽和斜槽的常见加工方法是采用槽刀在车床上完成加工。环形斜槽因其结构特殊性，加工前必须充分考虑斜槽的结构特征及槽刀的结构参数，合理选择工艺路线和切削用量。本文参考厦门工学院机械类专业学生在金工实习中常采用的３ｍｍ宽的左刀尖高速钢槽刀加工环形斜槽的实例，应用斯沃数控仿真加工软件，探索环形斜槽的数控加工方法、常见加工问题及解决方案，给轴类零件环形斜槽的数控加工提供仿真加工实践参考。

１斜槽的仿真加工举例

１．１加工工艺路线分析

被加工零件如图１所示，该零件表面上有两类斜槽，分别是宽度为４ｍｍ、斜度３０°的环形斜槽及尺寸为６ｍｍ×２ｍｍ、斜度为４５°的单边右斜槽。打开斯沃数控仿真软件，毛坯尺寸可选为Φ３６×８４，材料为低碳钢，按如下加工工艺规程进行仿真加工：（１）装夹毛坯，毛坯伸出卡盘长度约７０ｍｍ。（２）采用外圆车刀平端面并完成对刀。（３）粗、精加工图１中从左往右至Φ３４台阶结束处，即Ｚ－５９，并满足轴向尺寸要求。（４）槽刀加工两处３０°双向环形斜槽至尺寸要求（槽刀径向进刀，且径向留０．２ｍｍ精加工余量，底部轴及双向斜边精加工）。（５）零件调头，卡盘夹Φ３４外圆，满足轴向尺寸平端面并完成对刀。（６）粗、精加工图１从右往左轮廓至Ｚ－２６处。（７）槽刀加工６ｍｍ×２ｍｍ环形右斜槽至尺寸要求（槽刀轴向步距２ｍｍ，径向进刀，径向留０．２ｍｍ精加工余量，底部轴向及右侧斜面精加工）。（８）粗、精加工螺纹Ｍ２４×１．５至零件图上的尺寸要求。

１．２双向环形斜槽的仿真加工

根据加工工艺规程，工件首次装夹应完成前述１．１中的（１）～（４），所以刀具Ｔ０１平端面后应完成Ｔ０１、Ｔ０２、Ｔ０３的对刀，且在３０°双向环形斜槽加工前，工件的仿真加工已完成工艺规程的（１）～（３），对应的完成状态如图２所示。根据３０°双向环形斜槽的加工精度及表面质量要求，选择Ｔ０３进行加工时，采用步距２ｍｍ、径向进刀的方式，径向单边留０．２ｍｍ精加工余量。两次径向走刀后完成粗加工，斜槽的双侧斜面及槽底的精加工通过一次走刀完成。采用如表２所示的数控加工程序，斯沃数控仿真加工结果如图３和图４所示。１．３单向环形斜槽的仿真加工工件掉头装夹，夹持Φ３４外圆处，采用Ｔ０１车削平右端面，保证零件的轴向尺寸加工精度，并完成Ｔ０１、Ｔ０２、Ｔ０３和Ｔ０４的对刀，在６ｍｍ×２ｍｍ单向环形斜槽加工前，工件的仿真加工已完成工艺规程的Ｔ０３刀宽３ｍｍ，步距２ｍｍ，故６ｍｍ×２ｍｍ单向斜槽的粗加工应从槽的左侧开始采用３次直进法完成切割，粗加工时单边留０．２ｍｍ的轴向精加工余量。然后将Ｔ０３定位在斜面开始处（即Ｘ２４Ｚ－１７），通过一次走刀完成斜面精加工及横向切削修光。其数控程序如表３所示，仿真加工结果如图６所示。

２斜槽加工常见问题及优化建议

２．１斜槽加工常见问题

带倒角的环形斜槽看起来简单，但因其结构要求的特殊性，在实际加工时存在以下常见问题：（１）因刀宽与槽宽不相等、槽的表面质量要求较高带来的编程及加工问题。当槽宽大于刀宽时，应根据实际情况合理安排步距，采用多次径向进刀法完成零件的切削加工［３，４］。当槽的表面质量要求较高时，应合理安排粗、精加工，通常留出０．１５ｍｍ～０．２ｍｍ的精加工余量，斜槽倒角与槽底精加工安排在一次切（１）～（６），工件的仿真加工完成状态如图５所示。削加工中完成。（２）因退刀路线安排不合理产生碰撞问题，引起槽刀损坏或零件破损。斜槽加工的退刀方式与直槽加工的退刀方式一致，先径向（Ｘ向）退刀，再轴向（Ｚ向）退刀；如果先退轴向再退径向，则会发生碰撞问题。（３）斜槽因深度尺寸大带来的加工难题。当槽的深度尺寸较大时，应根据槽深与槽宽的尺寸比例关系［５］，合理安排数次径向进刀，每次径向进刀完成一定深度的切削加工后，须有相应的退刀操作。为提高加工效率，每次径向进刀后的退刀距离应小于进刀量，反复几次，直到槽的切削加工完成为止（与深孔的加工类似）。

２．２优化斜槽加工

斜槽加工应根据其加工特点进行优化，主要有以下几种方案：（１）优化加工顺序。因工件强度在斜槽加工前后的变化程度较大，故最佳加工顺序是保证斜槽及各工序加工质量的主要途径。因此外圆、内孔通常安排在斜槽加工前，螺纹则安排在斜槽加工后。（２）优化切削用量。切削速度和进给量对斜槽的加工精度和表面粗糙度起了关键作用，不合理的切削用量不仅会给切削加工工艺系统带来颤振，而且会大大降低槽刀的使用寿命。切削用量的选择需综合工件材料的性质、槽刀的几何形状等方面考虑，如本文中例子，采用的是高速钢材料的槽刀加工钢料，此时切削速度的取值范围是３０ｍ／ｍｉｎ～４０ｍ／ｍｉｎ，进给量的取值范围是０．０５ｍｍ／ｒ～０．１ｍｍ／ｒ。（３）优化走刀路线。斜槽的走刀路线在保证加工质量的前提下，应缩短工艺路线，减少空走刀时间［６］。槽刀在粗加工时只能径向进刀去除加工余量，不能轴向走刀。故斜槽的走刀路线通常以槽刀的刀位点确定起始点（左刀尖槽刀起始点在槽的最左侧，右刀尖槽刀起始点在槽的最右侧），粗加工时留出０．２ｍｍ作为精加工余量，斜槽的倒角加工与槽底的精加工通过一次走刀完成即为最优走刀路线。

３结语

环形斜槽是轴类零件常见的表面特征，斜槽的数控加工是应用型本科高校机械类专业学生在数控实习、数控技能考证中常见的问题。为了更好地掌握环形斜槽在数控车床上的加工工艺，本文从斜槽的斯沃数控仿真加工入手，详细地展示了斜槽的仿真加工过程。并对斜槽加工中常见的几类问题进行了分析，同时也对优化斜槽加工提供了几种通用可行的方案，给环形斜槽在数控车床上的加工提供了理论依据和仿真参考，具有良好的示范价值。

参考文献：

［１］卢秉恒．机械制造技术基础［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１９．

［２］石林榕，赵武云，杨小平，等．基于斯沃数控仿真软件的复杂回转体零件加工仿真［Ｊ］．林业机械与木工设备，２０２１，４９（５）：５８－６５．

［３］徐林林，刘常胜．基于ＦＡＮＵＣ系统的典型轴类零件数控编程与仿真加工［Ｊ］．装备制造技术，２０１７（９）：２０４－２０６．

［４］李雷，庄国华，张臣．典型轴类零件的数控编程与仿真加工［Ｊ］．建设机械技术与管理，２０１６，２９（１）：８９－９１．

［５］韩军，张海鑫．综合型零件数控车削编程及仿真加工［Ｊ］．现代制造技术与装备，２０１９（１２）：３１－３４，３７．

［６］王先逵．机械制造工艺学［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１５．

作者:李丽萍 单位:厦门工学院机械科学与电气工程学院