数控车削加工工艺问题的探讨

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引言 ' a L8 t* Q- {8 R9 _$ B

理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的2～3倍，要充分发挥数控机床的这一特点，必须在编程之前对工件进行工艺分析，根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。数控加工工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本的重要因素。本文从生产实践出发，探讨和总结一些数控车削过程中的工艺问题。 : n, }! ^* w' z0 q4 `5 a

1 数控加工工序的划分

在数控机床上加工零件，工序比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序，常用的工序划分原则有以下两种。 / C/ ]$ Q; q: ]- }

1. 保证精度原则
   数控加工具有工序集中的条件，粗、精加工常在一次装夹中完成，以保证零件的加工精度，当热变形和切削力变形对零件的加工精度影响较大时，应将粗、精加工分开进行。
2. 提高生产效率的原则
   数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。

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实际生产中，数控加工常按刀具或加工表面划分工序。 ; w3 ~* W# d9 \& S P- x. k+ W

2 车刀刀位点的选择

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数控加工中，数控程序应描述出刀具相对于工件的运动轨迹。在数控车削中，工件表面的形成取决于运动着的刀刃包络线的位置和形状，但在程序编制中，只需描述刀具系统上某一选定点的轨迹即可。刀具的刀位点即为在程序编制时，刀具上所选择的代表刀具所在位置的点，程序所描述的加工轨迹即为该点的运动轨迹。 1 V& ]& f5 w3 m8 p: `( e

在数控车削中，从理论上讲可选择刀具上任意一点作为刀位点，但为了方便编程和保证加工精度，刀位点的选择有一定的要求和技巧。在数控加工中，刀位点的选择一般遵循以下规则：立铣刀应是刀具轴线与刀具底面的交点：球头铣刀是球头的球心：钻头应是钻尖：车刀应是假想刀尖或刀尖圆弧中心，刀具刀位点在选择时应注意： " n. m5 P7 o4 J' \% X

1. 选择刀具上能够直接测量的点，刀位点与刀具长度预调时的测定点应尽量一致： 1 Y& b" ?/ J9 q1 B
2. 在可能的情况下，刀位点应直接与精度要求较高的尺寸或难于测量的尺寸发生联系： 3 h5 B$ z6 S& z+ y
3. 所选择的刀位点能使刀具极限位置直接体现于程序的运动指令中：
4. 编程人员应有习惯性的刀位点选择方法，不宜多变： ! x1 f7 _! o$ R) l. R
5. 所选定的刀位点，在刀具调整图中应以图形标示。

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图1 端槽刀刀位点的选择

图2 分层切削时刀具的终止位置

图3 等背吃刀量试切法

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如图1所示端槽刀，采用刀具预调仪对刀时，测量P₁点比测量P₂点方便，所以选择P₁为刀位点比P₂好，但若刀具位置的调整和补偿是以试切法确定，而且环槽小圆的加工精度高于大圆精度，则选择P₂为刀位点比P₁好。 4 h7 \; N b' @- m, z

3 分层切削时刀具的终止位置

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当某外圆表面的加工余量较多需分层多次走刀切削时，从第二刀开始要注意防止走刀至终点时背吃刀量的突增。如图2所示，设以90°主偏角的刀具分层车削外圆，合理的安排应是每一刀的切削终点依次提前一小段距离e(e=0.05)。如果e=0，即每一刀都终止在同一轴向位置上，车刀主切削刃就可能受到瞬时的重负荷冲击。如分层切削时的终止位置作出层层递退的安排，有利于延长粗加工刀具的使用寿命。

4 “让刀”时刀补值的确定

对于薄壁工件，尤其是难切削材料的薄壁工件，切削时“让刀”现象严重，导致所车削工件尺寸发生变化，一般是外圆变大，内孔变小。“让刀”主要是由工件加工时的弹性变形引起，“让刀”程度与切削时的背吃刀量密切相关。采用“等背吃刀深度法”，用刀补值作小范围调整，以减少“让刀”对加工精度的影响。如图3所示，设欲加工的外圆尺寸为A，双面余量为2t。试切削时，取t值的一半作为切削时的背吃刀量，试切削在该表面的全长上进行，试切削后，程序安排停车，测量该外圆尺寸是否等于A+t，按出现的误差大小调整刀具的刀补值，然后继续运行程序，完成精加工走刀。由于精加工过程与试切削过程采用相同的背吃刀量和同样的切削速度和进给速度，切削抗力相同，工件相应的弹性变形相同，所输入的刀补值刚好能抵消“让刀”所产生的变形，保证车削工件的尺寸精度。 . F0 x9 s- U) |: d& ^/ O- ]

5 车削时的断屑问题

数控车削是自动化加工，如果刀具的断屑性能太差，将严重妨碍加工的正常进行。为解决这一问题，首先应尽量提高刀具本身的断屑性能，其次应合理选择刀具的切削用量，避免产生妨碍加工正常进行的条带形切屑。数控车削中，最理想的切屑是长度为50～150mm，直径不大的螺卷状切屑，或宝塔形切屑，它们能有规律地沿一定方向排除，便于收集和清除。如果断屑不理想，必要时可在程序中安排暂停，强迫断屑：还可以使用断屑台来加强断屑效果。使用上压式的机夹可转位刀片时，可用压板同时将断屑台和刀片一起压紧：车内孔时，则可采用刀具前刀面朝下的切削方式改善排屑。 ) T4 c! w }2 z6 R! d- ^7 F

6 可转位刀具刀片形状的选择

与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能好：同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。 * F* Y& v& {" ?. p% o7 M

数控车削中广泛采用机夹可转位刀具，它是提高数控加工生产率，保证产品质量的重要手段。可转位车刀刀片种类繁多，使用最广的是菱形刀片，其次是三角形刀片、圆形刀片及切槽刀片。菱形刀片按其菱形锐角不同有80°、55°和35°三类。 2 R) l4 Q5 L& y4 Y2 t1 \: E

80°菱形刀片刀尖角大小适中，刀片既有较好的强度、散热性和耐用度，又能装配成主偏角略大于90°的刀具，用于端面、外圆、内孔、台阶的加工。同时，这种刀片的可夹固性好，可用刀片底面及非切削位置上的80°刀尖角的相邻两侧面定位，定位方式可靠，且刀尖位置精度仅与刀片本身的外形尺寸精度相关，转位精度较高，适合数控车削。

35°菱形刀片因其刀尖角小，干涉现象少，多用于车削工件的复杂型面或开挖沟槽。 % J" g4 m7 s! Q

7 切槽的走刀路线

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较深的槽型，在数控车床上常用切槽刀加工，如果刀宽等于要求加工的槽宽，则切槽刀一次切槽刀位，若以较窄的切槽刀加工较宽的槽型，则应分多次切入。合理的切削路线是：先切中间，再切左右。因为刀刃两侧的圆角半径通常小于工件槽底和侧壁的转接圆角半径，左右两刀切下时，当刀具接近槽底，需要各走一段圆弧。如果中间的一刀不提前切削，就不能为这两段圆弧的走刀创造必要的条件。即使刀刃两侧圆角半径与工件槽底两侧的圆角半径一致，仍以中间先切一刀为好，因这一刀切下时，刀刃两侧的负荷是均等的，后面的两刀，一刀是左侧负荷重，一刀是右侧负荷重，刀具的磨损还是均匀的。机夹式的切槽刀不宜安排横走刀，只宜直切。

8 小结

数控加工的程序是数控机床的指令性文件，数控机床受控于程序指令，加工的全过程是按程序指令自动进行，数控加工程序不仅包括零件的工艺过程，还要包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸以及机床的运动过程，数控加工的工艺更加详细，其工艺方案的好坏直接影响机床效率的发挥和零件加工质量，在实际生产中应特别重视。

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