喷油器体数控加工仿真研究

顾 锋

(南通职业大学机械工程学院，江苏南通 226007)

数控技术及装备是发展新兴高技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业，航空、航天等国防工业产业以及国家高端装备制造业)的实用技术和最基本的装备，并且已在当今世界机械制造行业得到广泛应用［1］。随着排放法规的日益严格和对燃油经济性要求的不断提高，对柴油机燃油喷射量和雾化质量的要求也越来越高。作为柴油机喷油系统中的核心部件之一的喷油器体，其工艺质量直接关系到柴油机的燃油经济性［2］。本文以6190柴油机喷油器体数控加工为例，按加工工艺分析→刀具选用→数控编程与仿真的工艺路线，详细说明喷油器体的加工过程，为中小企业提供技术指导。

1 喷油器体加工工艺分析

喷油器的任务是将高压燃油雾化并喷入燃烧室内，其加工质量的好坏直接影响柴油机的工作性能和燃烧效率。本文以6190柴油机喷油器核心零件喷油器体为研究对象，该零件主要由孔、外圆、倒角、内外螺纹和槽组成，如图1所示。零件材料为45号钢，并经正火、调质和表面淬火等热处理，具有中心韧性好、表面硬且耐磨、加工精度要求高等特点，加工时选择刀具与切削用量都应考虑到材料的性质。

图1 6190柴油机喷油器体零件示意图

a．选择毛坯。

锻件、铸件、型材等是数控车削加工中常用的毛坯。在车削零件中，轴类零件居多。轴类零件的毛坯一般有棒料与锻件两种。光轴和直径相差不大的阶梯轴一般以棒料为主;外圆直径相差较大的轴或重要的轴宜选用锻件。考虑到喷油器体要承受高压燃油(10MPa以上)，因此一般选用锻件。

本文研究的喷油器体零件材料为45号钢，图形尺寸是φ38mm×136．5mm，所以毛坯尺寸取为φ40mm×140mm。

b．确定装夹方案。

利用三爪卡盘直接夹紧毛坯件一端，另一端用顶锥顶上(一夹一顶装夹方式)，限制毛坯件5个自由度。

(1)三爪卡盘的三爪卡是同步运动的，可自动定心。装夹工件方便、省时，自动定心好，所以适用于装夹外形规则的中、小型回转体工件。三爪卡盘有手动与液压两种类型。

(2)一夹一顶装夹的目的是防止工件发生轴向位移，因此必须在卡盘内装一限位支撑或利用工件的台阶面作限位。该装夹方式刚性好、轴向定位准确，且比较安全，能承受较大的轴向切削力，因此应用广泛。

c．工艺路线设计。

在数控车床上，能够完成内外回转体表面或平面的车削、螺纹加工，以及经过回转轴线的孔或螺纹的钻孔、铰孔和攻丝等。相应的加工方法由零件表面的加工要求、整体结构特点及材料性质等因素确定［3］。

加工方法选择的原则［4］:(1)考虑每种加工方法的经济精度范围，要与加工表面的精度要求以及表面粗糙度要求相适应;(2)加工面的几何形状精度、表面位置精度的要求必须确保;(3)加工方法应与零件材料的可加工性相适应;(4)加工方法要与生产类型相适应;(5)加工方法应具有现实可行性，要综合考虑现有设备条件和工人技术水平。

根据上述原则，确定喷油体零件的加工方法和顺序如下(加工特征参见图1):

车零件右端面→钻孔 M10→车4．6×32．6槽→粗车右端外形→粗、精镗内孔M10→攻螺纹M12－6H→掉头装夹→加工左端面，保证总长度136．5→钻孔φ3、平铣φ12→粗、精车左端外形→车3 × φ25，2 × φ3．6，4．6 × φ30．6 三槽 → 加工外螺纹M27×1．5→加工侧孔。

此外还有一些辅助工序，主要包括:检验、清洗、去毛刺、倒棱边、涂防锈油和平衡等。其中检验工序是主要的辅助工序，是保证产品质量的关键之一，待粗加工结束后，会在精加工之前执行检验工序。

2 数控加工刀具选用

本文以零件的车削数控加工为研究重点。零件的车削包括:车端面、倒角、切槽、钻孔、加工螺纹。零件材料为45号钢，毛坯为φ40×φ140mm。文中数控系统为FANUC－OTD系统［5］。

选用的刀具及相关参数见表1，与加工内容相对应，共选用5把刀，1号刀为外圆车刀，2号刀为切槽刀，3号刀为外螺纹刀，4号刀为内螺纹刀，5号刀为内孔镗刀。为了保证加工精度，1，2，3，5号刀均选用硬质合金刀片。

表1 所选刀具参数

3 数控加工仿真

由于本研究所有工序的加工内容在数控车床上就能完成，所以选用Yhcnc宇航数控仿真网络版的计算机仿真软件来进行仿真［6］。

具体步骤如下:

图2 仿真起始操作

步骤1，如图2所示，打开仿真软件FANUC－OTD，首先进行初始化设置，然后根据待加工零件选择合适的毛坯。

选择“工件操作”，并在工具栏中选择“工件大小”，然后根据提示完成对话框填写，点击“确定”，完成毛坯设置，如图3所示。

图3 毛坯设置

步骤2，由工艺分析选择合适的刀具并在刀架上安装。

如图4所示，选择“刀具库”，然后完成刀具的选择(如图5所示)，刀架上成功添加所需刀具。

图4 刀具库管理

步骤3，添加加工程序。

选择“程序编辑”，添加所需程序号，在检查无误后保存。

步骤4，对刀与数控仿真加工。

(1)首先选择要对的刀具，然后在“机床操作”中选择对刀，打开刀具补偿表，输入相应的刀具补偿值，对刀界面如图6所示。

图5 刀具添加

图6 对刀界面

(2)选择自动加工，点击“自动”选项，选择“循环启动”，此时程序自动运行。

零件的加工步骤必须与仿真保持一致。如图7所示，加工过程为:选择刀具→开机→初始化→编制程序→保存→工件装夹→安装刀具→对刀→输入刀补→自动加工→零件检测。在数控加工过程中，需注意相关事项，这样才能确保加工的可靠性。

此外，零件需要进行几项检测:(1)外径检测;(2)内孔检测;(3)螺纹检测。对于外径和内孔检测，需要注意所选测量工具对精度的影响问题;对于螺纹检测，应选用与待检螺纹相匹配的标准螺母。

4 结束语

本文针对目前柴油机燃油系统中非常重要的喷油器体的数控加工，通过分析其加工工艺，确定其加工刀具及相关加工参数，并基于Yhcnc仿真加工软件对其进行了数控加工仿真。通过加工仿真，可在喷油器正式投入数控加工前，检验加工程序的正确性与合理性，并在提高工艺质量的同时，避免不必要的数控机床损害、制造返工与加工浪费;另一方面，通过仿真也可以预测可能的加工事故与风险，有利于管理者提前做好规避事故与风险的决策。

图7 数控加工仿真过程示意图

［1］ 张雅琼．数控系统及其技术发展趋势［J］．数字技术与应用，2010(6):161－162．

［2］ 唐霞，谢利民．典型零件在数控加工中心上的加工［J］．机床与液压，2011，39(16):38 －40．

［3］ 李翠翘，李建政．零件机械加工工艺设计原则的探讨［J］．机械研究与应用，2005，18(5):67－68．

［4］ 李斌．基于Solid Works机加工工艺规程工序图自动生成的研究［D］．郑州:郑州大学，2011．

［5］ 陈成．FANUCOi系统数控车床的宏程序编制［J］．广西轻工业，2009，25(8):33－34．

［6］ LONG Y，ZHU C，SHENG D．Research and implement of open CNC system［J］．Ordnance Industry Automation，2003(1):10－11．