車工技師論文

車工技師論文--用普通數(shù)控車床準(zhǔn)確加工母線為非圓曲線的工件

摘要：討論了用普通數(shù)控車床準(zhǔn)確加工母線為非圓曲線工件的插補(bǔ)技術(shù)要點(diǎn)，編制了通用的加工程序生成軟件。只需將工件的母線方程和幾何參數(shù)輸入該軟件，即可生成NC代碼加工程序，并可在計(jì)算機(jī)上動(dòng)畫模擬加工全過程。該軟件應(yīng)用于GSK-928型數(shù)控車床加工時(shí)取得了良好效果。1引言

普通數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存有限，計(jì)算功能不足，在擬合加工曲線時(shí)，一般只能采用直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)兩種方式。因此，用普通數(shù)控車床加工母線為非圓曲線的工件時(shí)較為困難，尤其對(duì)于一些母線較復(fù)雜而對(duì)形狀精度要求較高的非圓曲線工件，其加工難度更大。為簡(jiǎn)化母線為非圓曲線工件的加工程序編制，提高對(duì)該類工件的加工準(zhǔn)確性和適應(yīng)性，本文提出一種針對(duì)母線為非圓曲線工件的準(zhǔn)確加工方法，并編制了相應(yīng)的通用加工程序生成軟件，經(jīng)在數(shù)控車床上實(shí)際應(yīng)用，效果良好。

2提高插補(bǔ)精度的技術(shù)要點(diǎn)2.1選擇圓弧插補(bǔ)方式

在選擇加工曲線插補(bǔ)方式時(shí)，由于直線插補(bǔ)方式的曲線劃分段數(shù)必須足夠多才能保證較高加工精度，因此占用內(nèi)存較大。為兼顧對(duì)各種加工曲線的通用性，合理利用內(nèi)存，保證較高加工精度，采用圓弧插補(bǔ)方式比較有利。

2.2以等弦長曲線內(nèi)各微曲線的平均曲率半徑作為插補(bǔ)圓半徑

曲線上某點(diǎn)的曲率圓與曲線在該點(diǎn)具有相同的切線和曲率。用劃分好的各曲線段的曲率半徑作為圓弧插補(bǔ)半徑，可使圓弧插補(bǔ)半徑始終與曲線的彎曲程度較好吻合，從而保證較高的插補(bǔ)精度。因此，求取準(zhǔn)確的曲率半徑是保證插補(bǔ)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。若以等坐標(biāo)長對(duì)曲線進(jìn)行劃分，則對(duì)于沿該坐標(biāo)不均勻變化的曲線，其在不同坐標(biāo)點(diǎn)的曲線形狀變化對(duì)曲率準(zhǔn)確性的影響不容忽視。為此，我們采用了沿曲線走向以等弦長進(jìn)行曲線劃分的方法。由于該段曲線是以經(jīng)過再細(xì)分的許多微線段的平均曲率半徑作為其曲率半徑，所以即使對(duì)于起伏較大、變化很不均勻的曲線，也能獲得較好的擬合效果。其實(shí)現(xiàn)方法為借助計(jì)算機(jī)快速、準(zhǔn)確的運(yùn)算能力，用極小的遞增量劃分曲線并計(jì)算各段微曲線的曲率半徑，將所得點(diǎn)到起點(diǎn)的直線距離與指定長度相比較，一旦達(dá)到規(guī)定的弦長長度時(shí)即產(chǎn)生一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)，計(jì)算出該段所有微曲線的平均曲率半徑并將其作為圓弧插補(bǔ)半徑。然后再將該點(diǎn)作為新一段曲線段的起點(diǎn)，尋找下一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)。如此類推，直至將整條曲線劃分完畢。微曲線各點(diǎn)的曲率半徑pi和各等弦長曲線段的平均曲率半徑p可通過各微曲線段端點(diǎn)的一階導(dǎo)數(shù)y"和二階導(dǎo)數(shù)y"計(jì)算求得，即式中m曲線段內(nèi)微曲線段的段數(shù)

加工精度要求較高的工件時(shí)，應(yīng)采用較小的弦長進(jìn)行劃分，以增加插補(bǔ)點(diǎn)，提高曲線擬合精度。當(dāng)然，具體操作時(shí)需對(duì)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存和工藝要求進(jìn)行綜合考慮，以求達(dá)到最佳加工效果。曲線各圓弧的凹凸性可通過比較該曲線段兩端點(diǎn)函數(shù)值的平均值與該曲線段中點(diǎn)的函數(shù)值進(jìn)行判斷，若［f(x1)+f(x2)］/2f[(x1+x2)/2]，則x1和x2間的曲線為下凹。2.3合理設(shè)計(jì)走刀方向

由于普通數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存有限(如GSK-928數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存僅為28K)，因此合理、充分地利用內(nèi)存是制定加工工藝時(shí)必須考慮的一個(gè)重要因素。為充分利用內(nèi)存，粗加工時(shí)可采用徑向走刀方案(見圖1a)。由于徑向走刀的多次循環(huán)會(huì)產(chǎn)生許多插補(bǔ)數(shù)據(jù)，因此與軸向走刀相比可明顯節(jié)省內(nèi)存空間，從而可增加精加工的插補(bǔ)點(diǎn)數(shù)，提高插補(bǔ)精度。精加工則采用沿曲線軸向走刀、圓弧插補(bǔ)的加工方案(見圖1b)。3加工程序的生成

建立了圓弧插補(bǔ)數(shù)學(xué)模型后，用C語言生成加工文本文件。首先定義一個(gè)文件指針fp，用fp創(chuàng)建一個(gè)文本文件，將其工作狀態(tài)設(shè)置為寫方式，然后用fprintf()函數(shù)將NC指令和插補(bǔ)數(shù)據(jù)以NC代碼格式寫入加工文件，寫圓弧插補(bǔ)的程序段形式如：fprintf(fp“N%dG%dX%2.2fZ%3.2fR%4.2f”，n，aotu，x，y，r)，其中變量n、aotu、x、y、r分別代表程序段號(hào)、圓弧方向、x向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)和插補(bǔ)圓標(biāo)半徑。插補(bǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算和插補(bǔ)條件由C語言for循環(huán)語句控制。程序流程4加工程序生成軟件的應(yīng)用

根據(jù)被加工工件圖紙要求，將母線曲線函數(shù)及尺寸參數(shù)輸入源程序，進(jìn)行應(yīng)用功能選擇后，即可實(shí)現(xiàn)以下的應(yīng)用操作。4.1加工過程的動(dòng)畫模擬仿真

程序中設(shè)計(jì)了一個(gè)加工過程模擬仿真與顯示子程序。輸入工件的母線方程、尺寸參數(shù)并選擇模擬仿真操作方式后，運(yùn)行該子程序，即可以動(dòng)畫形式模擬出加工的全過程。該過程與實(shí)際加工狀況相吻合，并可顯示出工件加工完后的真實(shí)形狀，使操作人員能迅速、直觀地驗(yàn)證加工程序的正確性，也可作為選用刀具和加工參數(shù)的參考依據(jù)。4.2切削加工

將應(yīng)用方式選擇為切削操作，則加工軟件可生成粗、精加工的刀尖坐標(biāo)和換刀數(shù)據(jù)，利用通訊軟件將系統(tǒng)編譯生成的加工數(shù)據(jù)發(fā)送到車床數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)光學(xué)對(duì)刀、設(shè)置加工原點(diǎn)和刀號(hào)、刀偏值等常規(guī)操作后，即可在機(jī)床數(shù)控面板上操作運(yùn)行，進(jìn)行切削加工。應(yīng)用該加工軟件在GSK-928型數(shù)控車床上加工母線為雙曲函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等多種復(fù)雜形狀的超聲變幅桿等工件，均取得了良好效果。5結(jié)語

本文采用以等弦長劃分曲線、以平均曲率半徑作為插補(bǔ)圓半徑等方法，提高了插補(bǔ)準(zhǔn)確性和對(duì)不同曲線的適應(yīng)性，并編制了相應(yīng)的加工程序生成軟件。對(duì)于插補(bǔ)數(shù)據(jù)容量超出系統(tǒng)內(nèi)存容量的程序，可將程序在加工轉(zhuǎn)折點(diǎn)分為若干個(gè)小程序，按順序采用分段發(fā)送、分段加工的方法解決。該軟件具有較強(qiáng)的通用性，對(duì)在普通數(shù)控車床上加工母線為非圓曲線的工件尤其適用，很適合小批量加工及工件母線類型和尺寸更換頻繁的加工場(chǎng)合。

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國家職業(yè)資格證書考核評(píng)定申請(qǐng)表

技師（二級(jí)）/高級(jí)技師（一級(jí)）

姓名葉永固

工作單位宜賓三原煙葉復(fù)烤有限公司現(xiàn)職業(yè)資格等級(jí)車工高級(jí)申報(bào)職業(yè)資格等級(jí)車工技師

四川省職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心制

201*年11月7日

目錄

一、啃刀現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及解決措施（第一頁）二、亂扣的處理方法三、提高螺距精度的途徑四、中徑精度的測(cè)量及控制方法五、螺紋表面粗糙度的控制

2

（第二頁）（第三頁）（第四頁）（第四頁）

車削螺紋時(shí)常見故障及解決方法

姓名：葉永固

單位：宜賓三原煙葉復(fù)烤有限公司

摘要：車削螺紋時(shí)產(chǎn)生的故障形式多種多樣，既有設(shè)備的原因，

也有刀具、操作者等的原因，在排除故障時(shí)要具體情況具體分析，通過各種檢測(cè)和診斷手段，找出具體的影響因素，采取有效的解決方法。

關(guān)鍵詞：車床、螺紋、螺母、方法。

螺紋是在圓柱工件表面上，沿著螺旋線所形成的，具有相同剖面的連續(xù)凸起和溝槽。在機(jī)械制造業(yè)中，帶螺紋的零件應(yīng)用得十分廣泛。用車削的方法加工螺紋，是目前常用的加工方法。在臥式車床(如CA6140)上能車削米制、英寸制、模數(shù)和徑節(jié)制四種標(biāo)準(zhǔn)螺紋，無論車削哪一種螺紋，車床主軸與刀具之間必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：即主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)(即工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn))，刀具應(yīng)均勻地移動(dòng)一個(gè)(工件的)導(dǎo)程的距離。它們的運(yùn)動(dòng)關(guān)系是這樣保證的：主軸帶著工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳到進(jìn)給箱；由進(jìn)給箱經(jīng)變速后(主要是為了獲得各種螺距)再傳給絲杠；由絲杠和溜板箱上的開合螺母配合帶動(dòng)刀架作直線移動(dòng)，這樣工件的轉(zhuǎn)動(dòng)和刀具的移動(dòng)都是通過主軸的帶動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，從而保證了工件和刀具之間嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

在實(shí)際車削螺紋時(shí)，由于各種原因，造成由主軸到刀具之間的運(yùn)動(dòng)，在某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，引起車削螺紋時(shí)產(chǎn)生故障，影響正常生產(chǎn)，這時(shí)應(yīng)及時(shí)加以解決。車削螺紋時(shí)常見故障及解決方法如下：

一、啃刀現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及解決措施：

故障分析：原因是車刀安裝得過高或過低，工件裝夾不牢或車刀磨損過大。解決方法：

1、車刀安裝得過高或過低：過高，則吃刀到一定深度時(shí)，車刀的后刀面頂住工件，增大摩擦力，甚至把工件頂彎，造成啃刀現(xiàn)象；過低，則切屑不易排出，車刀徑向力的方向是工件中心，加上橫進(jìn)絲杠與螺母間隙過大，致使吃刀深度不斷自動(dòng)趨向加深，從而把工件抬起，出現(xiàn)啃刀。此時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整車刀高度，使其刀尖與工件的軸線等高(可利用尾座頂尖對(duì)刀)。在粗車和半精車時(shí)，刀尖位比工件的中心高出1％D左右(D表示被加工工件直徑)。

2、工件裝夾不牢：工件本身的剛性不能承受車削時(shí)的切削力，因而產(chǎn)生過大的撓度，改變了車刀與工件的中心高度(工件被抬高了)，形成切削深度突增，出現(xiàn)啃刀，此時(shí)應(yīng)把工件裝夾牢固，可使用尾座頂尖等，以增加工件剛性。

3、車刀磨損過大：引起切削力增大，頂彎工件，出現(xiàn)啃刀。此時(shí)應(yīng)對(duì)車刀加以修磨。二、亂扣的處理方法：

故障分析：原因是當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，工件未轉(zhuǎn)過整數(shù)轉(zhuǎn)而造成的。解決方法：

1、當(dāng)車床絲杠螺距與工件螺距比值不成整倍數(shù)時(shí)：如果在退刀時(shí)，采用打開開合螺母，將床鞍搖至起始位，那么，再次閉合開合

螺母時(shí)，就會(huì)發(fā)生車刀刀尖不在前一刀所車出的螺旋槽內(nèi)，以致出現(xiàn)亂扣。解決方法是采用正反車法來退刀，即在第一次行程結(jié)束時(shí)，不提起開合螺母，把刀沿徑向退出后，將主軸反轉(zhuǎn)，使車刀沿縱向退回，再進(jìn)行第二次行程，這樣往復(fù)過程中，因主軸、絲杠和刀架之間的傳動(dòng)沒有分離過，車刀始終在原來的螺旋槽中，就不會(huì)出現(xiàn)亂扣。2、對(duì)于車削車床絲杠螺距與工件婦距比值成整倍數(shù)的螺紋：工件和絲杠都在旋轉(zhuǎn)，提起開合螺母后，至少要等絲杠轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)，才能重新合上開合螺母，這樣當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)時(shí)，工件轉(zhuǎn)了整數(shù)倍，車刀就能進(jìn)入前一刀車出的螺旋槽內(nèi)，就不會(huì)出現(xiàn)亂扣，這樣就可以采用打開開合螺母，手動(dòng)退刀。這樣退刀快，有利于提高生產(chǎn)率和保持絲杠精度，同時(shí)絲杠也較安全。三、提高螺距精度的途徑：

故障分析：螺紋全長或局部上不正確，螺紋全長上螺距不均勻或螺紋上出現(xiàn)竹節(jié)紋。解決方法：

1、螺紋全長上不正確：原因是掛輪搭配不當(dāng)或進(jìn)給箱手柄位不對(duì)，可重新檢查進(jìn)給箱手柄位或驗(yàn)算掛輪。

2、局部不正確：原因是由于車床絲杠本身的螺距局部誤差(一般由磨損引起)，可更換絲杠或局部修復(fù)。

3、螺紋全長上螺距不均勻：原因是：絲杠的軸向竄動(dòng)、主軸的軸向竄動(dòng)、溜板箱的開合螺母與絲杠不同軸而造成嚙合不良、溜板箱燕尾導(dǎo)軌磨損而造成開合螺母閉合時(shí)不穩(wěn)定、掛輪間隙過大等。通過

檢測(cè)：如果是絲杠軸向竄動(dòng)造成的，可對(duì)車床絲杠與進(jìn)給箱連接處的調(diào)整圓螺母進(jìn)行調(diào)整，以消除連接處推力球軸承軸向間隙。如果是主軸軸向竄動(dòng)引起的，可調(diào)整主軸后調(diào)整螺母，以消除后推力球軸承的軸向間隙。如果是溜板箱的開合螺母與絲杠不同軸而造成嚙合不良引起的，可修整開合螺母并調(diào)整開合螺母間隙。如果是燕尾導(dǎo)軌磨損，可配制燕尾導(dǎo)軌及鑲條，以達(dá)到正確的配合要求。如果是掛輪間隙過大，可采用重新調(diào)整掛輪間隙。

4、出現(xiàn)竹節(jié)紋：原因是從主軸到絲杠之間的齒輪傳動(dòng)有周期性誤差引起的，如掛輪箱內(nèi)的齒輪，進(jìn)給箱內(nèi)齒輪由于本身，制造誤差、或局部磨損、或齒輪在軸上安裝偏心等造成旋轉(zhuǎn)中心低，從而引起絲杠旋轉(zhuǎn)周期性不均勻，帶動(dòng)刀具移動(dòng)的周期性不均勻，導(dǎo)致竹節(jié)紋的出現(xiàn)，可以修換有誤差或磨損的齒輪。四、中徑精度的測(cè)量及控制方法：

故障分析：原因是吃刀太大，刻度盤不準(zhǔn)，而又未及時(shí)測(cè)量所造成。

解決方法：精車時(shí)要詳細(xì)檢查刻度盤是否松動(dòng)，精車余量要適當(dāng)，車刀刃口要鋒利，要及時(shí)測(cè)量。五、螺紋表面粗糙度的控制：

故障分析：原因是車刀刃口磨得不光潔，切削液不適當(dāng)，切削速度和工件材料不適合以及切削過程產(chǎn)生振動(dòng)等造成功。

解決方法是：正確修整砂輪或用油石精研刀具；選擇適當(dāng)切削速度和

切削液；調(diào)整車床床鞍壓板及中、小滑板燕尾導(dǎo)軌的鑲條等，保證各導(dǎo)軌間隙的準(zhǔn)確性，防止切削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。

總之、車削螺紋時(shí)產(chǎn)生的故障形式多種多樣，既有設(shè)備的原因，也有刀具、操作者等的原因，在排除故障時(shí)要具體情況具體分析，通過各種檢測(cè)和診斷手段，找出具體的影響因素，采取有效的解決方法。

作者：葉永固201*年11月7日

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