定位銷軸的三維造型及數(shù)控加工程序設(shè)計?摘要：本文詳細(xì)介紹了定位銷軸的三維造型設(shè)計過程以及基于特定數(shù)控系統(tǒng)的加工程序設(shè)計。通過三維建模軟件創(chuàng)建定位銷軸的精確模型，然后根據(jù)其幾何形狀和加工要求，規(guī)劃合理的加工工藝路線，并編制出高效、準(zhǔn)確的數(shù)控加工程序。這一過程不僅展示了從設(shè)計理念到實(shí)際加工代碼生成的完整流程，還對提高定位銷軸的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要意義。

一、引言定位銷軸在機(jī)械制造、裝配等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其精度和質(zhì)量直接影響到整個機(jī)械系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的二維圖紙設(shè)計和手工編程方式在處理復(fù)雜形狀的定位銷軸時存在諸多局限性，如設(shè)計效率低、難以直觀展示產(chǎn)品全貌、編程易出錯等。隨著計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）和計算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)的發(fā)展，利用三維造型軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，并結(jié)合數(shù)控編程生成加工程序，能夠有效克服上述問題，提高產(chǎn)品設(shè)計和制造的精度與效率。

二、定位銷軸的設(shè)計要求定位銷軸通常具有特定的形狀和尺寸要求。一般來說，它由頭部、桿部和導(dǎo)向部分組成。頭部用于定位和固定，桿部作為連接部分，導(dǎo)向部分則保證銷軸在工作過程中的準(zhǔn)確導(dǎo)向。具體設(shè)計要求如下：1.頭部形狀：常見的有圓柱頭、圓錐頭、球面圓柱頭、沉頭、半沉頭、120°沉頭、120°半沉頭、球面沉頭、球面半沉頭、平頭、帶孔圓柱頭、帶槽圓柱頭、四方頭、六方頭、T形頭、扁圓頭、橢圓頭、半圓頭、圓頭、沉孔圓柱頭、沉孔圓錐頭、沉孔球面圓柱頭、沉孔四方頭、沉孔六方頭、沉孔T形頭、沉孔扁圓頭、沉孔橢圓頭、沉孔半圓頭、沉孔圓頭、沉孔帶孔圓柱頭、沉孔帶槽圓柱頭、沉孔帶孔四方頭、沉孔帶孔六方頭、沉孔帶孔T形頭、沉孔帶孔扁圓頭、沉孔帶孔橢圓頭、沉孔帶孔半圓頭、沉孔帶孔圓頭、螺紋孔圓柱頭、螺紋孔圓錐頭、螺紋孔球面圓柱頭、螺紋孔四方頭、螺紋孔六方頭、螺紋孔T形頭、螺紋孔扁圓頭、螺紋孔橢圓頭、螺紋孔半圓頭、螺紋孔圓頭、螺紋孔帶孔圓柱頭、螺紋孔帶槽圓柱頭、螺紋孔帶孔四方頭、螺紋孔帶孔六方頭、螺紋孔帶孔T形頭、螺紋孔帶孔扁圓頭、螺紋孔帶孔橢圓頭、螺紋孔帶孔半圓頭、螺紋孔帶孔圓頭、鍵槽圓柱頭、鍵槽圓錐頭、鍵槽球面圓柱頭、鍵槽四方頭、鍵槽六方頭、鍵槽T形頭、鍵槽扁圓頭、鍵槽橢圓頭、鍵槽半圓頭、鍵槽圓頭、鍵槽帶孔圓柱頭、鍵槽帶槽圓柱頭、鍵槽帶孔四方頭、鍵槽帶孔六方頭、鍵槽帶孔T形頭、鍵槽帶孔扁圓頭、鍵槽帶孔橢圓頭、鍵槽帶孔半圓頭、鍵槽帶孔圓頭、花鍵圓柱頭、花鍵圓錐頭、花鍵球面圓柱頭、花鍵四方頭、花鍵六方頭、花鍵T形頭、花鍵扁圓頭、花鍵橢圓頭、花鍵半圓頭、花鍵圓頭、花鍵帶孔圓柱頭、花鍵帶槽圓柱頭、花鍵帶孔四方頭、花鍵帶孔六方頭、花鍵帶孔T形頭、花鍵帶孔扁圓頭、花鍵帶孔橢圓頭、花鍵帶孔半圓頭、花鍵帶孔圓頭等多種形式，需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景選擇合適的頭部形狀。2.桿部尺寸：直徑一般根據(jù)承載能力和配合要求確定，長度根據(jù)實(shí)際工作需要設(shè)計，公差要求通常較為嚴(yán)格，以確保與其他部件的精確配合。3.導(dǎo)向部分：通常設(shè)計為一定長度的倒角或圓角，以引導(dǎo)銷軸順利進(jìn)入配合孔，減少磨損和安裝難度。4.表面粗糙度：各表面根據(jù)功能要求有不同的粗糙度標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵配合表面粗糙度要求較高，一般在Ra0.8Ra1.6μm之間，非配合表面粗糙度要求相對較低。5.材料：根據(jù)使用環(huán)境和力學(xué)性能要求選擇合適的材料，常見的有45鋼、不銹鋼等，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚硖岣咂溆捕群湍湍バ浴?/p>

三、定位銷軸的三維造型設(shè)計（一）軟件選擇選用SolidWorks三維建模軟件進(jìn)行定位銷軸的造型設(shè)計。SolidWorks具有強(qiáng)大的實(shí)體建模功能、豐富的特征庫以及良好的用戶界面，能夠方便快捷地創(chuàng)建各種復(fù)雜形狀的零件模型。

（二）造型步驟1.創(chuàng)建草圖打開SolidWorks軟件，新建一個零件文件。在Front基準(zhǔn)面上繪制定位銷軸頭部的草圖。如果是圓柱頭，繪制一個圓，標(biāo)注直徑尺寸；若是其他形狀，如圓錐頭，繪制相應(yīng)的圓錐輪廓草圖，并標(biāo)注相關(guān)尺寸。繪制桿部的草圖，在頭部草圖的基礎(chǔ)上，繪制一條直線，標(biāo)注桿部的直徑和長度尺寸。對于導(dǎo)向部分，在桿部末端繪制倒角或圓角草圖，標(biāo)注倒角尺寸或圓角半徑。2.生成特征利用拉伸特征將頭部草圖拉伸成實(shí)體，設(shè)置拉伸深度為頭部的高度尺寸。同樣，將桿部草圖拉伸成實(shí)體，拉伸深度為桿部長度尺寸。通過倒角或圓角特征對導(dǎo)向部分進(jìn)行處理，根據(jù)之前標(biāo)注的倒角尺寸或圓角半徑進(jìn)行操作，生成所需的導(dǎo)向形狀。3.細(xì)節(jié)設(shè)計檢查模型的細(xì)節(jié)，如是否存在干涉、不合理的過渡等問題。如有需要，對模型進(jìn)行修正和優(yōu)化。添加必要的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸等參考元素，方便后續(xù)的尺寸標(biāo)注和加工分析。4.尺寸標(biāo)注與檢查對模型的各個尺寸進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)注，確保尺寸準(zhǔn)確無誤，符合設(shè)計要求。利用SolidWorks的檢查工具對模型進(jìn)行檢查，如檢查模型的幾何公差、表面粗糙度等是否滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

（三）三維模型展示經(jīng)過上述步驟，最終得到的定位銷軸三維模型如圖1所示。從模型中可以直觀地看到定位銷軸的整體形狀、各部分尺寸以及相互之間的位置關(guān)系，為后續(xù)的數(shù)控加工編程提供了準(zhǔn)確的模型依據(jù)。

圖1定位銷軸三維模型

四、數(shù)控加工工藝規(guī)劃（一）加工設(shè)備與刀具選擇1.加工設(shè)備根據(jù)定位銷軸的尺寸和精度要求，選擇合適的數(shù)控車床進(jìn)行加工。例如，選用CK6140型數(shù)控車床，其最大加工直徑為400mm，最大加工長度為1000mm，能夠滿足大多數(shù)定位銷軸的加工需求。2.刀具選擇頭部加工刀具：對于圓柱頭，可選用硬質(zhì)合金外圓車刀進(jìn)行車削加工；若是圓錐頭，除了外圓車刀，還需使用成型車刀加工圓錐面。桿部加工刀具：使用外圓車刀進(jìn)行桿部外圓的粗車和精車。導(dǎo)向部分加工刀具：使用倒角刀或圓角刀加工導(dǎo)向部分的倒角和圓角。

（二）加工工藝路線1.頭部加工粗車頭部：使用外圓車刀粗車頭部輪廓，留適當(dāng)?shù)募庸び嗔?。精車頭部：更換精車刀，精車頭部，保證頭部尺寸精度和表面粗糙度。2.桿部加工粗車桿部：從頭部開始，使用外圓車刀粗車桿部外圓，控制好直徑尺寸和長度尺寸，留適當(dāng)?shù)募庸び嗔?。精車桿部：精車桿部外圓，達(dá)到設(shè)計要求的尺寸精度和表面粗糙度。3.導(dǎo)向部分加工加工倒角或圓角：使用倒角刀或圓角刀加工導(dǎo)向部分的倒角或圓角，確保導(dǎo)向部分的形狀精度。4.表面處理根據(jù)材料和使用要求，對定位銷軸進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，如淬火、調(diào)質(zhì)、鍍鉻等，以提高其硬度、耐磨性和耐腐蝕性。

（三）加工余量與公差控制1.加工余量頭部粗車余量一般留0.51mm，桿部粗車余量留0.30.5mm，以便后續(xù)的精車加工能夠保證尺寸精度。2.公差控制嚴(yán)格控制各部分尺寸的公差范圍。例如，頭部直徑公差控制在±0.05mm以內(nèi)，桿部直徑公差控制在±0.03mm以內(nèi)，長度公差根據(jù)具體要求控制在±0.1±0.2mm之間。通過合理設(shè)置數(shù)控車床的刀具補(bǔ)償和加工參數(shù)，確保加工尺寸符合公差要求。

五、數(shù)控加工程序設(shè)計（一）數(shù)控編程基礎(chǔ)數(shù)控編程是將零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運(yùn)動軌跡等信息，用數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的代碼形式描述出來，從而指揮數(shù)控設(shè)備進(jìn)行自動加工的過程。常見的數(shù)控編程語言有G代碼和M代碼等。G代碼：用于控制刀具的運(yùn)動軌跡，如G00（快速定位）、G01（直線插補(bǔ)）、G02（順時針圓弧插補(bǔ)）、G03（逆時針圓弧插補(bǔ)）等。M代碼：用于控制機(jī)床的輔助動作，如M03（主軸正轉(zhuǎn)）、M04（主軸反轉(zhuǎn)）、M05（主軸停止）、M08（冷卻液開）、M09（冷卻液關(guān)）等。

（二）定位銷軸數(shù)控加工程序編制以CK6140型數(shù)控車床為例，使用FANUC0iMateTC數(shù)控系統(tǒng)，編制定位銷軸的數(shù)控加工程序如下：

```%O0001;程序號

1=頭部直徑2*頭部粗車余量;定義頭部粗車后的直徑變量2=桿部直徑2*桿部粗車余量;定義桿部粗車后的直徑變量3=頭部高度;定義頭部高度變量4=桿部長度;定義桿部長度變量5=倒角尺寸;定義倒角尺寸變量

T0101;選擇1號外圓車刀，設(shè)置刀具補(bǔ)償

M03S500;主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速500r/min

G00X[1+10.]Z5.;快速定位到頭部粗車起點(diǎn)

G01X1Z0F0.3;直線插補(bǔ)粗車頭部端面

G01Z3F0.3;粗車頭部圓柱面

G00X100.Z5.;快速退刀

G00X[2+10.]Z5.;快速定位到桿部粗車起點(diǎn)

G01X2Z0F0.3;直線插補(bǔ)粗車桿部端面

G01Z4F0.3;粗車桿部外圓

G00X100.Z5.;快速退刀

T0202;選擇2號精車刀，設(shè)置刀具補(bǔ)償

M03S800;主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速800r/min

G00X[1+10.]Z5.;快速定位到頭部精車起點(diǎn)

G01X1Z0F0.1;直線插補(bǔ)精車頭部端面

G01Z3F0.1;精車頭部圓柱面

G00X100.Z5.;快速退刀

G00X[2+10.]Z5.;快速定位到桿部精車起點(diǎn)

G01X2Z0F0.1;直線插補(bǔ)精車桿部端面

G01Z4F0.1;精車桿部外圓

G00X100.Z5.;快速退刀

T0303;選擇3號倒角刀，設(shè)置刀具補(bǔ)償

M03S500;主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速500r/min

G00X[2+2*5]Z4+5;快速定位到倒角起點(diǎn)

G01X2Z4F0.2;直線插補(bǔ)加工倒角

G00X100.Z5.;快速退刀

M05;主軸停止

M30;程序結(jié)束```

（三）程序說明1.程序開頭使用"%"符號作為程序起始標(biāo)記，"O0001"為程序號。2.通過定義變量15分別表示頭部粗車后的直徑、桿部粗車后的直徑、頭部高度、桿部長度和倒角尺寸，方便程序的編寫和修改。3.T0101指令選擇1號外圓車刀，并設(shè)置刀具補(bǔ)償，用于頭部和桿部的粗車加工。4.M03S500指令使主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為500r/min，為粗車加工提供合適的切削速度。5.利用G00和G01指令實(shí)現(xiàn)刀具的快速定位和直線插補(bǔ)運(yùn)動，完成頭部和桿部的粗車加工。6.T0202指令選擇2號精車刀，并設(shè)置刀具補(bǔ)償，用于頭部和桿部的精車加工。7.M03S800指令將主軸轉(zhuǎn)速提高到800r/min，以滿足精車加工對表面質(zhì)量的要求。8.再次使用G00和G01指令完成頭部和桿部的精車加工。9.T0303指令選擇3號倒角刀，用于加工導(dǎo)向部分的倒角。10.M05指令使主軸停止，M30指令表示程序結(jié)束。

六、加工仿真與驗(yàn)證在實(shí)際加工之前，利用數(shù)控加工仿真軟件對編制好的加工程序進(jìn)行模擬加工，檢查程序的正確性和合理性。例如，使用Vericut軟件進(jìn)行仿真。

1.將編制好的數(shù)控加工程序?qū)隫ericut軟件中。2.根據(jù)實(shí)際加工設(shè)備的參數(shù)，設(shè)置機(jī)床模型，包括機(jī)床的行程、各坐標(biāo)軸的運(yùn)動范圍、主軸轉(zhuǎn)速等。3.加載定位銷軸的三維模型，作為毛坯模型。4.運(yùn)行仿真程序，觀察刀具的運(yùn)動軌跡是否與預(yù)期一致，是否存在碰撞、干涉等問題。5.檢查加工后的零件尺寸是否符合設(shè)計要求，如有問題及時對加工程序進(jìn)行修改和調(diào)整。

通過加工仿真與驗(yàn)證，確保了數(shù)控加工程序的準(zhǔn)確性和可靠性，避免了實(shí)際加工中的錯誤和事故，提高了加工質(zhì)量和效率。

七、結(jié)論