杠杆类零件数控加工及模拟仿真的方法

李维亮

摘要：杠杆类零件在各类机械设备中应用率较高，一般为批量化生产，其性能和加工精度对整个机械系统功能的正常发挥有着较大影响，因此，如何保证杠杆类零件的加工质量和效率，一直是机械加工行业的关注焦点。本文对杠杆类零件的数控加工及模拟仿真方法进行探讨，为提高该类零件的加工质量提供参考。

关键词：杠杆类零件;数控加工;模拟仿真

1 引言

杠杆类零件在各种机器设备中较为常见，其工作原理通常为通过往复运动实现运动的转化或传递。由于该类零件处于不断的往复运动中，长期承受交变荷载作用，对该类零件的加工质量要求非常高。因此，深入研究杠杆类零件的加工工艺，保证该类零件的加工质量具有重要的现实意义。本文主要介绍杠杆类零件的数控加工，以及通过使用模拟仿真软件来提高实际加工时的效率和准确性的方法。

2 杠杆类零件数控加工前的准备

由于杠杆类零件加工时尺寸及形位公差要求较高，为保证此类零件的加工质量，在实际加工前应做好充分的准备工作。

2.1根据所要加工零件的材质，确定加工时所需的刀具

不同材料性能存在较大差别，同时零件在使用时还有各种性能的要求，所以杠杠类零件的毛坯一般都需要进行热处理。加工杠杆类零件时需充分研究加工方法，做好杠杆类零件所需刀具的加工性能的分析，并从经济性角度进行论证，保证所选刀具的合理性。

2.2明确数控加工前，零件已经加工到的状态

在使用数控机床对杠杆类零件进行精加工前，应该明确零件已完成的加工内容，即数控精加工前的“毛坯状态”，从而明确数控加工的内容，同时提前考虑精加工时的装夹方案以及装夹工装的设计。

数控精加工前需要加工到的“毛坯状态”，基本原则总结如下五点：

（1）零件外形尺寸较小时，根据零件的最大外形尺寸，并按照工艺留量要求，可将毛坯粗加工成规则六面体。

（2）零件外形较为复杂时，按照工艺留量的要求，可将毛坯进行整体的粗加工，并在合理位置作精加工时的找正基准。

（3）零件的厚度尺寸有较高尺寸公差及形位公差要求时，在粗铣后可使用磨床将厚度尺寸加工符图。

（4）有内花键或公差要求较高的内孔的杠杆类零件，在粗铣后可使用慢走丝机床将内花键、内孔等加工符图。

（5）零件的外形轮廓有较小内圆角、直角清根、内凹等使用刀具很难加工到部位时，在粗铣后可使用慢走丝机床加工符图。

2.3 建立杠杆类零件三维模型

建立零件的三维模型是编制数控加工程序和进行加工模拟仿真的第一项工作，数控加工程序编制方法有手工编程和自动编程之分。但是，无论采用何种编程方法，都需要建立该零件的三维模型，当然这就需要有相应配套的硬件和软件。

3杠杆类零件数控加工流程

杠杆类零件加工工艺较为复杂，要求工艺人员要明确加工流程，做好重点加工环节的质量控制。编制数控加工程序时应做好以下三项工作。

3.1 基准面的选择

基准面选择是否合理、得当直接影响往复杠杆零件的加工质量与效率，因此，工艺人员应做好精加工基准的合理选择。一方面，为保证定位精度，应尽量选择面积足够大、光洁、平整的表面作为加工基准。如果零件需要多次装夹，最好使用同一个精加工基准，尤其对于重要的定位基准，以防止产生较大的位置误差。另一方面，选择精加工基准时应认真落实以下内容：

（1）为防止设计与定位基准不重合误差的出现，应考虑将设计基准作为定位基准;

（2）为防止基准转化引入误差，保证各表面位置精度，定位基准应统一;

（3）要求加工均匀且余量较小的精加工，可以加工表面作为基准;

（4）为方便定位，可选择尺寸较大、有精度要求的表面作为精基准。

（5）当工序基准与设计基准不重合时，应做好相关尺寸的换算和核算，保证装夹准确性的同时，提高零件的加工精度。

3.2 工件坐标系的设定

工件坐标系是编制数控加工程序时使用的坐标系，又称编程坐标系，该坐标系是人为设定的。工件坐标系及其坐标零点得设置主要考虑编程与加工时计算与测量的方便性。

工件坐标系只是编程人员在图纸上建立的坐标系，当工件装夹到机床上时，机床需要建立机床坐标系与工件坐标系的关系。数控系统只需要知道工件坐标系的零点在机床坐标系的确切位置，就可以正确执行所编制的数控程序，加工出零件。

杠杆类零件大多数都有尺寸和形位公差要求较高的孔，且其他各部与该孔都有尺寸公差要求，所以在设定工件坐标系时，设定在该精加工孔为较好的方案。

3.3 数控加工工艺流程

杠杆类零件的机械加工的流程需要考虑多方面的因素，主要有以下各个方面：

（1）装夹找正的方式、工装夹具的设计

（2）确定加工余量

（3）防止由于加工所造成的变形

（4）尺寸和形位公差的要求

（5）多次装夹加工基准的确定

应综合分析以上各方面的因素，合理规划加工的工艺流程、划分加工阶段，使用数控机床以及专用夹具进行加工。

通常情况下，杠杆类零件的加工工艺流程主要分为粗加工、半精加工、精加工等环节。为保证杠杆类零件的表面粗糙度、尺寸公差、形状位置公差的设计要求，需要进行精加工，需要注意的是，确定杠杆类零件的加工流程时，还应考虑是否进行热处理。结合热处理性质，将其安排在合理的环节中，例如，有的在粗加工前进行热处理，有的在粗、精加工之间进行热处理，具体情况应作具體分析。本文主要介绍杠杆类零件在数控机床上的精加工。

这里以有两孔的杠杆为例进行说明，该零件在精加工前的“毛坯状态”为按最大轮廓单边留量2mm的六面体，其中厚度尺寸由磨床加工到图纸要求值。

（1）精加工前需设计专用定位装夹胎具，利用两孔进行定位装夹，所以需要先将两孔加工到尺寸，利用台钳装夹活件。

（2）将专用装夹胎具放置于工作台上，并按基准找正0.02mm以内，设定零件大孔对应位置为工件坐标系。

（3）将零件装夹到专用胎具上。

（4）使用数控程序加工该次装夹的可加工部位。

（5）零件翻个装夹，还是利用两孔定位，使用数控程序加工该次装夹的可加工部分。

（6）复检各尺寸及形位公差是否满足图纸要求。

（7）交检合格后，卸下活件。

3.4数控机床加工参数的确定

为保证加工精度，应确定好机床加工的各项参数，包括精加工余量、切削进给量、走刀速度（F）、主轴转速（S）等。在满足相关标准的基础上，需要综合分析零件的材质、装夹方式的牢固性、夹具系统刚度、所选刀具的主要性能参数以及机床功率等内容。

4杠杆类零件加工的模拟仿真

计算机辅助制造CAM是指在机械制造业中，利用电子数字计算机通过各种数字控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程。

运用CAM实现数控加工的模拟仿真的流程如下所示：

（1）获取CAD模型

（2）加工工艺分析和规划

（3）根据CAD模型，建立符合实际情况的毛坯

（4）加工工序的建立

（5）加工刀具的建立

（6）导入自动编程软件生产的NC代码文件

（7）进行加工模拟仿真

（8）根据生成的报告及对比分析结果，对NC代码文件进行优化

（9）传输到机床，进行实际的零件加工

5结语

使用数控机床进行杠杆类零件的加工，可以有效的提高该类零件的加工质量和效率，但在实际加工前，必须应用模拟仿真软件进行验证，提前发现数控程序存在的各种问题，从而完善和优化数控程序。同时，由于杠杆类零件种类繁多，在安排加工工艺流程时要根据实际情况，具体情况具体分析，合理安排加工顺序，总的原则是先粗后精、先易后难、尽量减少零件装夹次数、尽量使用同一加工基准、有效防止零件的变形、保证零件的加工质量。

参考文献：

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[2] 杨胜群;唐秀梅.Vericut数控加工仿真技术[M].北京：清华大学出版社，2010.

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[4] 徐勇;吴百中.机械制造工艺及夹具设計[M].北京：北京大学出版社，2011.

（作者单位：中国第一重型机械股份公司）