淺談車削加工中數控車床與普通車床的合理選用

【摘 要】通過對不同零件加工選擇普通車床或數控車床的合理性分析對比，尋求降低零件車削加工成本和提高加工效率的有效途徑。

【關鍵詞】車削加工 數控車床 普通車床 合理選用

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2013）05C-0190-03

在實際車削加工生產中，會遇到各種各樣的零件，根據不同類型的零件合理選用車床類型，能做到既提高功效，又降低生產成本。

目前，我國企業機械零件車削加工所采用的車床有普通車床、數控車床及車削中心。普通車床是傳統的手動操作，操作工人的勞動強度較大。但普通車床剛性好，承受的切削扭矩大，適用于不規則毛坯及大余量零件的粗車以及單件小批量零件的車削加工。數控車床或車削中心是一種高精度、高效率的自動化機床。它具有廣泛的加工藝性能，加工精度高，產品質量穩定，且自動化程度極高，可減輕工人的體力勞動強度，大大提高了生產效率，并且可以完成普通機床難以完成的復雜曲面的零件加工，尤其車削中心可對付含車、銑、鉆多工種加工的大型零件，因而數控機床在機械制造業中的地位愈來愈顯得重要。但是數控車床造價比普通車床高，而剛性比普通車床剛性要差些，承受的加工扭矩、抗沖擊性比普通車床小，所以，應根據加工對象選用車床。如果不假思索地隨意選用車床，可能出現加工出的零件精度達不到圖樣要求、生產效率過低，或者浪費設備資源，或者縮短精密車床壽命等現象。

選擇車床類別時應根據零件結構、工藝特征及數量等要素選擇來選擇。

一、根據零件結構選擇車床類別

零件結構指零件各組成加工表面輪廓的要素。如軸類零件有結構簡單和復雜之分，有外圓、端面組成的圓柱銷（或光軸），有圓柱面、端面組成的圓錐銷，有多圓柱面組成的臺階軸，這些結構較簡單的軸承為簡單軸類零件；由外圓柱面、圓錐面、溝槽、螺紋、特形面、內孔、徑向孔等組合而成的軸承為復雜軸類零件。套類零件同樣也有簡單套類零件和復雜套類零件之分。

（一）對于結構簡單的零件。結構簡單且精度較容易控制的零件，如粗車圖1所示零件，精度要求不高，從縮短切削基本時間方面考慮，基本時間計算如下：

車削基本時間為tj■×■，式中tj為基本時間（min），l為刀具行程長度（mm），n為工件轉速（r/min），f為進給量（mm/r），z為工序余量（mm），？琢p為背吃刀量（mm）。其中，■為加工該表面的走刀次數，設為N，取整數。

若選用普通車床加工，轉速n選取1000 r/min，進給量f選取0.5 mm/r，背吃刀量？琢p取4 mm，那么左、中、右三處外圓表面的走刀次數由z/？琢p計算并取整后N分別為2、1、2，起切點離端面2 mm。計算基本時間如下：

tj左■×2=0.068（min）

tj中■×1=0.07（min）

tj右■×2=0.408（min）

總基本時間為tj=0.068+0.07+0.408=0.546（min）

若選用數控車床加工，選用不重磨車刀，由于數控車床剛性差些，轉速n選取1500 r/min，進給量f選取0.3 mm/r，背吃刀量？琢p取3 mm，左、右兩端的外圓表面需各粗車兩刀，半精車一刀，中間的外圓表面粗車兩刀，半精車一刀。所以左、中、右三處外圓表面的走刀次數N分別為3、2、3。計算基本時間如下：

tj左■×3=0.113（min）

tj中■×2=0.156（min）

tj右■×3=0.68（min）

總基本時間為tj=0.113+0.156+0.68=0.815（min）

由此可見，粗加工結構簡單且余量大的零件時，普通車床所用基本時間比在數控車床所用基本時間少，損耗功率就少。雖然數控車床所用的輔助時間比普通車床所用的輔助時間要少些，但車床折舊成本考慮，數控車床的成本遠高于普通車床的成本，所以，從經濟效益的角度考慮，選擇普通車床更合理。

（二）對于結構復雜的零件。由多種表面構成形狀較復雜的零件，如圖2所示零件的車削，若采用普通車床來加工，圓弧、圓錐、螺紋等表面的加工率就比較低，且普通車削所加工的螺紋的種類相當有限，而數控車床不但能加工任何等距的直螺紋、錐螺紋和端面螺紋，還能車削變螺距的螺紋，能使等距螺紋與變距螺紋之間平滑過渡，加工出來的螺紋精度高、表面粗糙度小。采用數控車床加工復雜的零件，只要輸入正確的加工程序及正確操作就可以輕而易舉地保證按圖樣加工出來。對批量生產，數控車床由于輔助時間很短，切削加工進退刀動作連貫，就更加顯現其效率優勢。所以，對于結構復雜的批量生產的零件，或零件的部分內容普在通車床無法加工或難加工、質量難保證、勞動強度大、加工效率低的零件，應選用數控車加工。

（三）對于多工種轉換加工的零件。若加工的零件包含車、銑、鉆等多工種加工內容，且尺寸較大的零件，則應選擇車削中心來加工，這樣可減少轉換工種是消耗過多輔助時間。但尺寸較小的零件不適宜在車削中心加工，避免貴重的大設備加工小零件造成資源浪費，可按上述兩種的選擇原則選用普車床或數控車床加工后再轉到其他工種加工其他工序內容。

二、根據加工零件的工藝特征選擇車床類別

選用車床類型還應根據零件加工工藝特征來確定，如加工精度高低與數量多少、粗加工還是精加工、加工余量大小及加工是否斷續切削具有沖擊性等因素來考慮。

（一）對于尺寸精度高的零件。普通車削時，車床的切削用量、進給路線和加工步驟等是由操作工人自行選定，車床受控于操作工人，加工尺寸精度高的零件難度大、質量不穩定。數控車削加工按程序指令自動進行的，數控車床受控于程序指令，質量不穩定。所加工的零件尺寸精度要求高，但零件數量少，如果選用數控車床加工，準備加工程序及其他準備工作的平均輔助時間長，生產成本反而提高了，這時可選用普通車床上加工。如果零件數量多，在用普通車床上加工，整批零件的精度難以較穩定的控制，加工效率不高，這時應選用數控車床來加工。

（二）對于表面粗糙度精度高的零件。表面粗糙度要求較高的零件，在數控車床上加工更容易保證質量，尤其是加工零件的端面和錐面時，在普通車床上車削，車床主軸轉速恒定不變，加工工件的切削速度卻在不斷變化，導致被加工零件表面粗糙度值不一樣。而數控車床有恒線速切削功能，它能根據加工零件直徑的改變來調整主軸的轉速，加工出來的零件表面粗糙度值小又均勻。所以對表面粗糙度要求高且數量多的零件應選用數控車床加工。

（三）對加工余量大小的零件粗精車。對加工余量較大的零件粗車，采用強力切削來提高功效，從降低車床和刀具經濟損耗考慮，若選用數控車床加工成本比普通車床高，選用剛性好的普通車床進行粗加工，精車可選用數控車床。如果是大型零件且輪廓復雜，普通車床加工難度大、效率低，選用車削中心加工更能提高效率。

（四）對斷續切削具有沖擊性的零件。毛坯為鑄件或鍛件，加工余量不均勻，加工呈現斷續切削具有沖擊性的零件，如果選用高精度、造價高的數控車床加工，車床、刀具抗沖擊性能差，尤其是鑄鐵件的毛坯表皮有沙粒或白口對刀具與車床損害更大，加之鑄鐵粉末使車床導軌表面的磨損加劇。數控車床相對普通車床的加工成本高，所以，加工粗車時選用普通車床，剛性、抗沖擊性、經濟性比數控車床好，精車時再選用數控車床提高效率更合理。

三、根據加工最大損耗功率選擇車床規格型號

根據加工零件的材料、直徑、切削量、加工精度及表面粗糙度要求，初步確定選用刀具，再通過查閱切削手冊計算并確定切削用量、切削力及切削功率才能正確選用機床額定功率，否則可能出現所選車床動力不足或動力過大造成浪費。主切削力及切削功率可根據以下公式計算：

主切削力：Fz=9.81CFz ？琢pxFZ fyFZ vCnFZ KFZ

式中各參數通過查閱切削手冊選取，切削力修正系數由KFZ=計算。

切削功率：PC=（10-3Fz？自c）/60（kw）

如工件為中碳鋼，毛坯直徑為φ70 mm，最大加工余量為12 mm，加工精度為h12級，表面粗糙度Ra6.3？滋m，假定選用YT15硬質合金90°不重磨車刀，刀片厚度為6 mm，？酌0=10°，？酌01=-5°，λs=0°，？酌ε=0.5 mm，通過查閱切削手冊計算確定切削用量：？琢p=5mm，f=0.4 mm，？自c=100 mm/min，其他參數：CFz=270，xFz=1.0，yFz=0.75，nFz=-0.15，KFZ=1.0（KFZ修正系數在此取1.0）。

所以FZ=9.81×270×51.0×0.41.0×100-0.15×1.0=2655（N）

PC=（10-3×2655×100）/60=4.425（kw）

考慮機床效率ηm=0.8，則車床額定功率Pe≥Pc/ηm=4.425÷0.8=5.531（kw）。

最后根據切削功率，選擇普通車床。若選擇普通車床，應選擇額定功率為7.5 kw的CA6140。若選擇SK6140數控車床，主電機的額定功率為5.5 kw，因此切削深度及進給量相對于普通車床CA6140應取小些，而切削速度可取高些，充分發揮數控刀具的潛能。

以上是根據加工零件選擇車床類型的一般方法。由于數控車削的操作方法、工藝制定、工序的安排以及加工方法與普通車削有較大差別，對操作工的技術要求也不同，工資待遇有所區別。實際生產中，考慮生產成本的差異尤為重要。選擇加工機床時還需考慮以下問題，如加工前期準備工作，根據典型零件的工藝要求，是否需要制作工裝夾具及制作周期；特殊刀具與選用的車床相匹配；提高產品質量靠性和生產效率，等等。

綜上所述，根據加工對象選擇加工車床可大體原則如表1所示，給生產管理提供參考。

【參考文獻】

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[2]倪森壽.機械制造工藝與裝備[M].北京：化學工業出版社，2003

[3]機械工程手冊、機電工程手冊編輯委員會.機械工程手冊：第8卷[M].北京：機械工業出版社，1982

【作者簡介】韋富基（1958- ），男，壯族，廣西上思人，柳州職業技術學院機電工程系副教授，研究方向：機電技術教育。