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數(shù)控等離子切割技術(shù)在凸輪加工中的應(yīng)用

2015-11-26 來源：數(shù)控機(jī)床市場網(wǎng) 作者：河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院魏志強(qiáng) 高峰韓偉

摘要: 基于數(shù)控等離子切割的優(yōu)勢，針對凸輪零件輪廓特點(diǎn)，提出了一種以割代銑的加工方法。通過制定等離子切割工藝，編寫數(shù)控程序，提高切割質(zhì)量，控制熱變形等措施，縮短了凸輪制造周期。節(jié)約了生產(chǎn)成本，減少了能源消耗，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，此工藝方法達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞: 等離子數(shù)控加工工藝切割變形

在機(jī)械裝置中,為了實(shí)現(xiàn)一些特殊或復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)而廣泛應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)。通常片狀凸輪的制造是利用靠模加工，凸輪車削，線切割等工藝方法，而這些方法存在生產(chǎn)效率低，周期長，成本高的缺點(diǎn)。為了節(jié)約成本，降低能源消耗，試驗(yàn)探索一種以數(shù)控等離子切割代替零件粗銑加工的工藝方法。

1 凸輪零件以切割代銑的工藝分析

等離子切割技術(shù)適用于切割各種形狀復(fù)雜的零件，以中厚板毛坯零件的切割為主。優(yōu)點(diǎn)是切割速度快，效率高，運(yùn)行成本低等缺點(diǎn)是在斷面垂直度誤差過大，切口容易硬化。隨著等離子切割技術(shù)的發(fā)展，特別是精細(xì)等離子切割技術(shù)的應(yīng)用，零件的切割精度已經(jīng)有了顯著的提高。

凸輪零件材料為 45 鋼，厚度 20mm,零件如圖 1所示。原工藝是板材手工切割下料，靠模粗銑，調(diào)質(zhì)，精銑，新工藝是利用數(shù)控等離子精細(xì)切割代替手工下料和靠模粗銑。通過優(yōu)化切割工藝，提高切割精度，控制變形量等方式來保證切割質(zhì)量，凸輪零件新的工藝過程是切割下料，調(diào)質(zhì)，零件精加工。

2 數(shù)控等離子切割工藝的制定

2. 1 切割機(jī)床的選擇

根據(jù)零件毛坯材質(zhì)和厚度，選擇 TS-10B 型龍門式數(shù)控切割機(jī)作為零件粗加工設(shè)備。該型數(shù)控切割機(jī)為龍門式數(shù)控切割機(jī)中最小的一款，具有精度高，自重輕，運(yùn)行穩(wěn)定，價(jià)格實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)床主要參數(shù)為有效切割寬度 2400mm，有效切割長度 2000 mm，等離子割，配置 1 組(可增配)移動(dòng)精度 0.01mm/ 步，整機(jī)運(yùn)行速度 3500 mm/min。

2. 2 切割軌跡的規(guī)劃

凸輪零件輪廓由多段曲線組成利用CAD/CAM 軟件能夠更靈活的規(guī)劃切割軌跡。具體操作如下：

(1) 導(dǎo)入零件模型，打開制造工程師 2013 軟件，進(jìn)入“文件”界面，利用“打開”功能查找凸輪三維模型，單擊“打開”按鈕，導(dǎo)入凸輪零件模型圖，如圖 2 所示。

(2) 軌跡參數(shù)設(shè)置。進(jìn)入“制造工程師 2013”加工界面，雙擊“毛坯”按鈕進(jìn)入定義毛坯對話框，單擊“參照模型”，然后單擊“確定”按鈕設(shè)置零件毛坯，設(shè)置切割起始點(diǎn)(35，-126，100)。根據(jù)切割 20mm 厚板材割縫寬度，設(shè)置刀具類型立銑刀，刀具名稱 R1刀具半徑 1mm。

選擇“平面零件精加工”進(jìn)行加工參數(shù)設(shè)置。考慮切割熱變形的影響，凸輪切割要為輪廓的精加工預(yù)留足夠的余量，要在加工參數(shù)中進(jìn)行設(shè)置，如圖 3所示。在切削用量中選擇慢下刀速度 400mm/min，切削速度 600mm/min，退刀速度 800mm/min。

(3) 切割軌跡與程序的生成。工藝參數(shù)設(shè)置完畢，選擇凸輪邊界線作為軌跡生成的輪廓線。凸輪外側(cè)為加工側(cè)，經(jīng)計(jì)算選擇(34.4，-125.2)點(diǎn)作為進(jìn)刀點(diǎn)袁選擇(-50.9，-116.8)作為退刀點(diǎn)，生成切割軌跡，如圖 4 所示。

通過后處理文件生成數(shù)控切割程序，根據(jù)機(jī)床特點(diǎn)，調(diào)整后的程序如下：

01200\N12G90G54 G0X34.435 Y-125.174 \N14G43H0Z100.M07\N16Z10.

N18 G1 Z0. F600 \N20 X0. Y-100.8\N22 G17 G2Y100.8I0.J100.8

N24 X38.467 Y73.6 I0. J-40.8\N26 G1 X57.323Y20.267

N28 G2 Y-20.267 I-57.323 J-20.267\N30 G1 X38.467Y-73.6

N32G2X0.Y-100.8I-38.467J13.6\N34 G1X-50.971Y-116.819\N36Z10.

N38G0Z100.\N40M30

3 保證凸輪切割質(zhì)量的措施

凸輪毛坯厚度要大于 20mm。為提高數(shù)控等離子切割凸輪的精度，工藝實(shí)施要注意以下幾點(diǎn)。

(1) 適當(dāng)?shù)那懈铍娏鳌Ｔ谕馆喦懈钸^程中切割電流是切割速度的決定因素，但是切割電流過大會(huì)造成噴嘴損傷，影響切割質(zhì)量。因此，綜合試切情況，選擇切割電流為 120A。

(2) 合理的切割速度。等離子切割的最佳切割速度可參照設(shè)備說明書經(jīng)過試驗(yàn)來確定，適度的提高切割速度能改善切口質(zhì)量，經(jīng)試切驗(yàn)證，切削速度為600mm/min。

(3) 準(zhǔn)確的電弧電壓遙等離子弧切割機(jī)通常有較高的空載電壓和工作電壓，當(dāng)電流一定時(shí)，電壓的提高意味著電弧焓值和切割能力的提高。根據(jù)機(jī)床說明，選擇空載電壓 136V。

(4) 正確選擇工作氣體壓力。工作氣體包括切割氣體和輔助氣體，切割氣體既要保證等離子射流的形成，又要保證去除切口中的熔融金屬和氧化物。因此，氣體流量一定要與切割電流堯，切割速度很好相匹配，根據(jù) TS-10B 型龍門式數(shù)控切割機(jī)推薦的數(shù)據(jù)，切割 20mm 的 45 鋼，選擇 0.4 MPa 的氣壓。

4 零件切割變形的控制

為了減小切割變形對凸輪粗加工的影響，切割前必須對板材進(jìn)行準(zhǔn)確定位，充分的校平處理。切割的起點(diǎn)，方向，順序等也是引起凸輪切割變形的主要因素，具體措施如下。

(1) 起弧點(diǎn)設(shè)置。根據(jù)凸輪零件的特點(diǎn)袁起弧點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在在板材邊緣。起弧點(diǎn)距離板材距離太大或太小都會(huì)影響零件的正常切割袁距離太大會(huì)出現(xiàn)不起弧或斷弧的情況距離過小會(huì)出現(xiàn)短路并且燒壞噴嘴的情況。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，噴嘴距離工件的高度在6mm為宜。

(2) 切割方向的影響遙正確的切割方向應(yīng)該保證最后一條割邊與母板大部分脫離, 而且能夠?qū)⑶懈钯|(zhì)量好的側(cè)面留在零件側(cè)。在 CAD/CAM 軟件中設(shè)置“順銑”的方式規(guī)劃切割軌跡，根據(jù)此設(shè)置，凸輪輪廓會(huì)留在沿割炬行走方向的右邊，以此來保證凸輪輪廓面切割質(zhì)量。

5 結(jié)論

本文在充分分析凸輪零件原有制造工藝的基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)控等離子切割技術(shù)，提出了一種以割帶銑的加工方法。利用等離子精細(xì)切割代替零件下料和粗加工，縮短了制造周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本，減少了能源消耗。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，此方法是合理可行的。

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