數控車床加工工藝進給路線的研究

李瑞斌

（太原理工大學陽泉學院，山西 陽泉 045000）

在數控機床車床加工中，加工進給路線，也就是走刀路線，是指數控機床在加工過程中刀具刀位點的運動軌跡和方向，即刀具從對刀點開始運動起，直至結束加工所經過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工進給路線，不僅包括了工步的內容，而且也反映出工步的順序，是編寫數控加工程序的依據之一。加工路線的確定，首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面品質，其次要考慮數值計算簡單，走刀路線要盡量短，這樣既可以減少程序段，又可以減少空刀時間，提高加工效率。

此外，確定加工路線時，還要考慮工件的加工余量和機床、刀具的剛度等情況，確定是一次進給，還是采用多次進給，來完成整個加工過程。實現合理的加工進給路線，除了依靠大量的實踐經驗外，還應善于分析總結，必要時輔助一些簡單的計算。

1 巧設對（換）刀點

對刀點，就是在數控機床上加工零件時，刀具相對于工件運動的起點，又稱為程序起點或起刀點，數控加工過程中常常需要換刀，為了避免換刀時碰傷工件，編程時要設置一個換刀點，換刀點可以是某一個固定點，也可以是任意一點。在編程時，合理選擇“對刀點”和“換刀點”的位置，則可以有效縮短刀具在對刀和換刀過程中的空行程距離，提高加工效率。

如圖1所示采用矩形循環加工方式進行粗車時的進給路線，考慮精車換刀方便，圖1（a）中換刀點與起刀點重合，設在距離毛坯較遠的A點位置，圖1（b）則是將起刀點與對刀點分離，并設于圖B點位置，兩者加工進給路線相同。在相同的背吃刀量下，顯然按圖1（b）方式加工刀具空行程時間要比圖1（a）短。

圖1 巧設對（換）刀點

2 最短的切削進給路線

數控車削加工過程中，如何使刀具進給路線最短，可以有效地條生產效率，降低刀具的損耗等。在安排粗加工或半精加工的切削進給路線時，應同時兼顧到被加工零件的剛度及加工的工藝性等要求。

2.1 沿外形輪廓車削進給路線安排

圖2 粗車進給路線示例

如圖2所示為3種粗加工時，不同切削進給路線的安排，圖2（a）表示利用數控系統具有的封閉式符合循環功能控制刀具，沿著工件輪廓進行進給路線，圖2（b）利用程序循環功能安排三角形進給路線，圖2（c）利用其矩形循環功能安排的矩形進給路線。

從以上3種切削進給路線，經分析和判斷后可知，矩形進給路線的進給總長度和最短。因此，在同等條件下，其切削所需時間最短，刀具的損耗最少。

2.2 車圓錐加工路線分析

數控車床上車外圓錐，假設圓錐大徑為D，小徑為d，錐長為L，車圓錐的加工路線如圖3所示。

圖3 車錐加工路線分析

圖3（a）中加工路線與輪廓線平行，加工路線短，切削均勻，效率高，但需要計算錐距S，以確定B點坐標值。由三角形關系

圖3（b）中加工路線為斜線，加工不需要計算錐距S，只要確定背吃刀量ap就可以，編程方便簡單，但每次切削背吃刀量ap是變化的而且加工路線相對較長。

2.3 加工凹弧進給路線分析

如圖4所示，數控車床加工凹弧時常用的進給路線有同心圓法、等徑法、三角形法和梯形法等數種方法，其中程序段數最少的，為同心圓及等徑法；走刀路線最短，為同心圓，其次是三角形、梯形法、等徑法；計算最簡單，為等徑法其次為同心圓法、三角形法、梯形法；切削效率最高，切削力分布最合理為梯形法；精車余量最均勻為同心圓法。通過以上分析可以得出，數控車床在加工凹弧時，一般選用同心圓法。

圖4 車凹弧加工路線分析

3 大余量毛坯的階梯切削進給路線

如圖5所示為車削大余量工件的兩種加工路線，（a）圖是錯誤的階梯切削路線；圖（b）按 1～5的順序切削，每次切削所留余量相等，是正確的階梯切削路線。因為在相同的背吃刀量的條件下，（a）圖的方式加工所剩的余量過多。

圖5 大余量毛坯的階梯切削加工路線分析

4 車削螺紋加工路線

數控機床車螺紋時，沿螺距方向的Z向進給，應和數控機床主軸的旋轉保持嚴格的速度比關系，因此應避免在進給機構加減速過程中的切削。為此要有引入距離 δ1和超越距離 δ2。如圖 6所示，δ1和 δ2的數值與機床拖動系統的動態特性有關，與螺紋的導程和螺紋的精度有關。其數值可由主軸轉速和螺紋導程來確定：

式中，

n為主軸轉速（r/min）；

P為螺紋導程（mm）。

一般δ1為2～5mm，對大螺距和高精度的螺紋取最大值；δ2一般取δ1的1/4左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時，收尾處的形狀與數控系統有關，一般按45°退刀收尾。

圖6 車削螺紋時引入、超越距離

5 結束語

數控車床的加工中，根據實際情況，在保證加工品質的前提下，合理安排進給路線，使加工程序具有最短的進給路線，不僅可以簡化程序編制節省整個加工過程的執行時間，還可以減少一些不必要的刀具磨損以及機床消耗。在實際加工中應注意分析、研究、總結，不斷積累經驗，提高指定加工方案的水平，對實現優質、高效生產具有重要意義。

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