椭圆配合件的编程方法简析
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椭圆配合件的编程方法简析作者：姚向军来源：《科技创新与应用》2015年第09期摘要：数控车床可以加工轴类和盘类零件的各种曲面、回转面及螺纹等轮廓，尤其适宜加工轴套类配合件的内、外轮廓和内、外螺纹，灵活有效地运用多种数控编程指令，控制产品精度，可以进一步提高产品对的加工生产效率。
关键词：轮廓指令；螺纹指令；编程；加工G71复合循环、G73仿形复合循环及G70精加工循环等编程指令是最常见的循环指令，在轴类零件内、外轮廓的粗加工和精加工中运用较多，在程序编制过程中，除了要熟悉各种指令、灵活选择和运用各个指令外，还要结合其他多种方法来提高产品的加工质量。
1 G71复合循环指令编程对于加工台阶轴和台阶孔等余量不均匀毛坯的内、外轮廓粗加工，常用复合循环G71指令来完成，其编程格式为：G71 U（△d） R（e）；G71 P（ns） Q（nf） U（△u） W（△w） F_ S_ T_；运用G71指令进行编程加工时的注意事项：（1） G71指令程序P、Q后必须带有地址ns、nf，并且该地址与轮廓精加工路径程序的顺序号对应。
（2）ns程序段必须为直线进给方式，且只能为X方向进给。
（3）G71指令精加工轨迹必须是单调递增或单调递减的。
2 G73仿形复合循环指令编程G73 封闭车削复合循环，也叫仿形车削。
当毛坯和成品的形状比较类似的时候使用，比如铸件和锻件毛坯的车削。
其格式为：G73 U（Δi） W （Δk） R （d）；G73 P（ns） Q（nf） U （△u） W（△w） F_ S_ T_；运用G73指令进行编程加工时的注意事项：（1）ns程序段必须为直线进给方式，X和Z可以同时出现，即X方向和Z方向可以同时进给。
（2）运用G73指令编程加工时，要针对不同的加工材料，合理确定各切削参数。
3 G70精车循环指令编程零件经过G71、G73指令车削完成粗加工后，接下来就可以用G70来进行精加工，切除粗加工中预留下来的余量，G70编程格式为：G70 P（ns） Q（nf） F_。
4 合理选择G71与G73指令进行粗车循环加工结合G71和G73两个编程指令的结构特点和加工适用范围，合理选择程序对产品外圆轮廓进行粗车循环加工，可以保证产品质量并且提高产品的加工效率。
在选择过程中主要考虑以下几个方面：（1）对于毛坯余量不均匀的轮廓应尽量采用G71指令编程加工，可以提高加工效率。
（2）对于不能使用G71指令进行加工的情况时，才选择G73指令进行加工。
（3）在同一个零件中，有时G71和G73指令可以结合运用，比如对于非单调递增或递减的外轮廓可以先用G71加工部分单调轮廓，然后再用G73加工非单调部分轮廓。
5 内/外螺纹单一固定循环G92指令的编程加工螺纹切削循环G92指令适用于切削圆柱螺纹和圆锥螺纹，每指定一次，螺纹切削自动进行一次循环，循环路线与外径/内径切削循环基本相同。
5.1 圆柱螺纹切削循环格式：G92 X（U）_ Z（W）_ F _；该指令的执行过程如图1（a）所示。
5.2 圆锥螺纹切削循环格式：G92 X（U）_ Z（W）_ R_ F ；该指令的执行过程如图1（b）所示。
6 螺纹切削复合循环G76指令的编程加工该指令用于螺纹自动循环车削加工，程序结构比G92指令复杂，但螺纹参数只需在程序中指定一次，就可自动加工螺纹。
螺纹车削过程中，除程序指定第一次车削深度外，其余各次车削深度自动计算，该指令的执行过程如图2所示。
格式：G76 P（m）（r）（α） Q（Δdmin） R（d）；G76 X（U） Z（W） R（i） P（k）Q（Δd）F（L）。
说明：（1）m：精车重复次数，从01～99，用两位数表示，该参数为模态值。
（2）r：螺纹尾端倒角值，其值为（0.0～9.9）L，其中L为导程，以0.1为一档增加，设定时用两位数，即从00～99，该值为模态值。
（3）α：螺纹牙型角，即刀尖角度，可以选择0°、29°、30°、55°、60°和80°六种中的一种，由两位数规定，该值为模态值。
m、r、α用地址P同时指定，例如，m=2，r=1.2L，α=60°，表示为P021260。
（4）Δdmin：最小切削深度，用半径值指定，单位为μm。
每次切削深度为（），当第 n 次切削，深度小于这个极限值时，以该值进行切削，该参数为模态值。
（5）d：精车余量，用半径值，单位为mm，该参数为模态值。
（6）X（U）、Z（W）：螺纹终点的绝对坐标或增量坐标。
（7）i：螺纹两端的半径差，如果i=0则为直螺纹切削方式，可以省略。
（8）k：螺纹牙型高度，用半径值，单位为μm。
（9）Δd：第一次切削深度，半径值，单位为μm。
（10）L：螺纹导程。
7 G92 和G76两种螺纹加工方法的区别G92螺纹切削单一固定循环采取直进式进刀方式加工，刀具两侧同时参与切削加工，切削力较大，而且排屑比较困难，因此在切削加工过程时，螺纹刀两侧切削刃容易磨损，影响刀具寿命。
当加工螺距较大的螺纹时，由于切削深度增大，刀刃磨损加快，从而造成螺纹中径产生误差。
但由于G92是刀尖参与切削，所以加工的牙形精度较高，一般适用于加工小螺距高精度螺纹。
G76螺纹复合切削循环采用斜进式进刀方式，由于只有单侧刀刃参与切削工件，所以刀刃容易磨损，从而造成所加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，因此螺纹牙形精度较差。
但由于其为单侧刀刃参与切削，刀具负载较小，排屑比较容易，而且切削深度逐渐递减，因此，本加工方法一般适用于加工大螺距低精度螺纹。
8 内螺纹程序编制的注意事项数控车床的内加工比较方便，但对编程要求更严，轨迹安排一定要正确合理，避免干涉。
（1）使用固定循环要注意进刀时的位置。
（2）退刀过程中不能碰撞零件。
（3）螺纹升速起刀段不小于两倍导程，降速退刀段不小于1～1.5倍导程。
内螺纹加工时一般没有轴向空间进行降速退刀，这时应充分利用数控指令的退尾功能。
（4）图纸上标注的公称直径就是螺纹的大径，加工时的编程深度（X值）由此决定。
（5）在内螺纹切削加工时，由于内螺纹刀的挤压作用，使最后加工出来的牙顶径膨胀，产生塑性变形，使得螺纹小径变小，因而影响螺纹的正常配合和使用。
因此，在螺纹切削前的圆柱内孔加工时，多切除一部分材料，将孔车大一定数值，这个值一般也是0.2～0.3mm。
9 编程加工方便，提高产品精度数控车床通过对刀补的设置和磨耗的修改，来提高产品的加工精度。
在程序编辑和零件加丁过程中要合理制定加工工艺，灵活运用编程指令来提高零件精度的可控性。
运用实例如图3、4所示：图3 椭圆配合件-内螺纹图4 椭圆配合件-外螺纹9.1 零件图的工艺分析如图3、4所示是-套内外螺纹配合件的加工，包括内、外螺纹的切削加工，以及椭圆外轮廓的切削加工，根据零件图的精度要求可知，椭圆外轮廓配合精度要求较高，而且要求曲面光滑连贯。
因此椭圆外轮廓必须通过一段程序一次性加工，所以此处工艺性要求较高，它的表面质量是通过两件配作加工而成的。
材料为45#钢，选择毛坯尺寸分别如下，件1：Φ50mm×100mm，件2：Φ50mm×55mm。
9.2 加工方案及加工工艺路线的确定以工件右端面中心作为坐标系原点确定工件加工坐标系。
根据零件尺寸精度和技术要求进行分析，可将外轮廓粗、精加工、内、外螺纹配合和椭圆外轮廓加工分开来考虑，最好确定的加工工艺路线为：9.2.1 椭圆配合件的外轮廓加工：用外圆车刀加工件2外圆轮廓，可用G7 l、G70指令进行粗、精加工，如程序O0001→换外螺纹刀加工，可用G92指令编程，如程序O0002；9.2.2 椭圆配合件的内螺纹加工：用外圆车刀加工件1左端外圆轮廓，可用G7 l、G70指令分别进行粗、精加工，如程序O0003→换外槽刀加工V型槽，可用G01指令，如程序O0004→掉头装夹，Φ20的钻头钻深度为20的内孔→换内孔刀加工内轮廓，可用G7 l、G70指令分别进行粗、精加工，如程序O0005→换内螺纹刀加工内螺纹，可用G92指令编程，如程序O0006；9.2.3 内外螺纹配合后，加工椭圆外轮廓：用外圆车刀加工配合件椭圆外轮廓，可用G7 l、G70指令分别进行粗、精加工，如程序O0007。
9.3 夹具的选择与零件的装夹夹具采用机床本身的标准三爪自定心卡盘，在合适的位置固定零件，找正夹紧。
9.4 刀具的选择选择1号刀为90度硬质合金外圆车刀，其副偏角较大，加工所以外轮廓。
选择2号刀具为硬质合金外槽刀，其刀片宽度为3mm，用于V型槽的加工。
选择3号刀具为60度硬质合金外螺纹刀，用于加工M24*1.5-6g的外螺纹。
选择4号刀具为硬质合金内孔车刀，用于加工Φ25的内轮廓，选择5号刀具为60度硬质合金内螺纹刀，用于加工M24*1.5-6H的内螺纹。
9.5 各程序段外螺纹椭圆配合的加工程序（见图5）：10 结束语通过此法，加工后的零件表面粗糙度达到了Ra1.6，外圆尺寸全部满足零件设计要求，椭圆外轮廓光滑过渡没有接刀痕，几乎完全符合设计要求。
有效解决了内、外螺纹配作零件车削加工的难题，并为高硬度材料零件的切削加工提供了一些经验。
综合分析整个零件加工过程，我们可以得到如下的结论：只有熟悉并掌握各个编程指令的加工特点，真正发挥出各编程指令的作用，并且能融会贯通，灵活地使用各种指令，才能切实提高产品加工精度，才能真正提高产品加工效率，促进数控车床编程加工技术的发展。
参考文献[1]王清明，卢泽声，梁迎春.亚微米数控车床误差补偿技术研究[J].中国机械工程，1999，10（10）.[2]龚洪浪.提高数控车床加工质量的措施[J].机械工人（冷加工），2006（1）：37-39.[3]董献坤.数控机床结构与编程[MI.北京：机械工业出版社，2000.。
