數控加工工藝問題探討

鄭文贏

【摘要】要想使用數控機床加工出符合圖樣要求的合格工件，必須在編程之前對工件進行工藝分析，根據具體條件，選擇經濟、合理的工藝方案。

【關鍵詞】數控 ? 車削 ?工藝

【中圖分類號】G71 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標識碼】A ? ? ?【文章編號】2095-3089（2015）05-0029-02

理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣要求的合格工件，同時應能使數控機床的功能得到合理的應用和充分的發揮。數控機床是一種高效率的自動化設備，它的效率高于普通機床的2～3倍，要充分發揮數控機床的這一特點，必須在編程之前對工件進行工藝分析，根據具體條件，選擇經濟、合理的工藝方案。數控加工工藝考慮不周是影響數控機床加工質量、生產效率及加工成本的重要因素。

本文從生產實踐出發，探討和總結一些數控車削過程中的工藝問題。

一、數控加工工序的劃分

在數控機床上加工零件，工序比較集中，一次裝夾應盡可能完成全部工序，常用的工序劃分原則有以下兩種。

1.保證精度原則 提高生產效率的原則 數控加工具有工序集中的條件，粗、精加工常在一次裝夾中完成，以保證零件的加工精度，當熱變形和切削力變形對零件的加工精度影響較大時，應將粗、精加工分開進行。

2.經濟性原則 數控加工中，為減少換刀次數，節省換刀時間，應將需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再換另一把刀來加工其它部位。同時應盡量減少空行程，用同一把刀加工工件的多個部位時，應以最短的路線到達各加工部位。 實際生產中，數控加工常按刀具或加工表面劃分工序。

二、車刀刀位點的選擇

數控加工中，數控程序應描述出刀具相對于工件的運動軌跡。在數控車削中，工件表面的形成取決于運動著的刀刃包絡線的位置和形狀，但在程序編制中，只需描述刀具系統上某一選定點的軌跡即可。刀具的刀位點即為在程序編制時，刀具上所選擇的代表刀具所在位置的點，程序所描述的加工軌跡即為該點的運動軌跡。 在數控車削中，從理論上講可選擇刀具上任意一點作為刀位點，但為了方便編程和保證加工精度，刀位點的選擇有一定的要求和技巧。

在數控加工中，刀位點的選擇一般遵循以下規則：立銑刀應是刀具軸線與刀具底面的交點;球頭銑刀是球頭的球心;鉆頭應是鉆尖;車刀應是假想刀尖或刀尖圓弧中心;刀具刀位點在選擇時應注意：選擇刀具上能夠直接測量的點，刀位點與刀具長度預調時的測定點應盡量一致;在可能的情況下，刀位點應直接與精度要求較高的尺寸或難于測量的尺寸發生聯系，所選擇的刀位點能使刀具極限位置直接體現于程序的運動指令中。編程人員應有習慣性的刀位點選擇方法，不宜多變，所選定的刀位點，在刀具調整圖中應以圖形標示。

圖1 端槽刀刀位點的選擇

圖2 分層切削時刀具的終止位置

圖3 等背吃刀量試切法

如圖1所示端槽刀，采用刀具預調儀對刀時，測量P1點比測量P2點方便，所以選擇P1為刀位點比P2好，但若刀具位置的調整和補償是以試切法確定，而且環槽小圓的加工精度高于大圓精度，則選擇P2為刀位點比P1好。

三、分層切削時刀具的終止位置

當某外圓表面的加工余量較多需分層多次走刀切削時，從第二刀開始要注意防止走刀至終點時背吃刀量的突增。如圖2所示，設以90°主偏角的刀具分層車削外圓，合理的安排應是每一刀的切削終點依次提前一小段距離e（e=0.05）。如果e=0，即每一刀都終止在同一軸向位置上，車刀主切削刃就可能受到瞬時的重負荷沖擊。如分層切削時的終止位置作出層層遞退的安排，有利于延長粗加工刀具的使用壽命。

四、“讓刀”時刀補值的確定

對于薄壁工件，尤其是難切削材料的薄壁工件，切削時“讓刀”現象嚴重，導致所車削工件尺寸發生變化，一般是外圓變大，內孔變小。“讓刀”主要是由工件加工時的彈性變形引起，“讓刀”程度與切削時的背吃刀量密切相關。采用“等背吃刀深度法”，用刀補值作小范圍調整，以減少“讓刀”對加工精度的影響。如圖3所示，設欲加工的外圓尺寸為A，雙面余量為2t。試切削時，取t值的一半作為切削時的背吃刀量，試切削在該表面的全長上進行，試切削后，程序安排停車，測量該外圓尺寸是否等于A+t，按出現的誤差大小調整刀具的刀補值，然后繼續運行程序，完成精加工走刀。由于精加工過程與試切削過程采用相同的背吃刀量和同樣的切削速度和進給速度，切削抗力相同，工件相應的彈性變形相同，所輸入的刀補值剛好能抵消“讓刀”所產生的變形，保證車削工件的尺寸精度。

五、車削時的斷屑問題

數控車削是自動化加工，如果刀具的斷屑性能太差，將嚴重妨礙加工的正常進行。為解決這一問題，首先應盡量提高刀具本身的斷屑性能，其次應合理選擇刀具的切削用量，避免產生妨礙加工正常進行的條帶形切屑。數控車削中，最理想的切屑是長度為50～150mm，直徑不大的螺卷狀切屑，或寶塔形切屑，它們能有規律地沿一定方向排除，便于收集和清除。如果斷屑不理想，必要時可在程序中安排暫停，強迫斷屑：還可以使用斷屑臺來加強斷屑效果。使用上壓式的機夾可轉位刀片時，可用壓板同時將斷屑臺和刀片一起壓緊：車內孔時，則可采用刀具前刀面朝下的切削方式改善排屑。

六、可轉位刀具刀片形狀的選擇

與普通機床加工方法相比，數控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要剛性好、精度高，而且要求尺寸穩定，耐用度高，斷屑和排屑性能好：同時要求安裝調整方便，這樣來滿足數控機床高效率的要求。數控機床上所選用的刀具常采用適應高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細粒度硬質合金）并使用可轉位刀片。 數控車削中廣泛采用機夾可轉位刀具，它是提高數控加工生產率，保證產品質量的重要手段?？赊D位車刀刀片種類繁多，使用最廣的是菱形刀片，其次是三角形刀片、圓形刀片及切槽刀片。菱形刀片按其菱形銳角不同有80°、55°和35°三類。 80°菱形刀片刀尖角大小適中，刀片既有較好的強度、散熱性和耐用度，又能裝配成主偏角略大于90°的刀具，用于端面、外圓、內孔、臺階的加工。同時，這種刀片的可夾固性好，可用刀片底面及非切削位置上的80°刀尖角的相鄰兩側面定位，定位方式可靠，且刀尖位置精度僅與刀片本身的外形尺寸精度相關，轉位精度較高，適合數控車削。 35°菱形刀片因其刀尖角小，干涉現象少，多用于車削工件的復雜型面或開挖溝槽。

七、切槽的走刀路線

較深的槽型，在數控車床上常用切槽刀加工，如果刀寬等于要求加工的槽寬，則切槽刀一次切槽到位，若以較窄的切槽刀加工較寬的槽型，則應分多次切入。合理的切削路線是：先切中間，再切左右。因為刀刃兩側的圓角半徑通常小于工件槽底和側壁的轉接圓角半徑，左右兩刀切下時，當刀具接近槽底，需要各走一段圓弧。如果中間的一刀不提前切削，就不能為這兩段圓弧的走刀創造必要的條件。即使刀刃兩側圓角半徑與工件槽底兩側的圓角半徑一致，仍以中間先切一刀為好，因這一刀切下時，刀刃兩側的負荷是均等的，后面的兩刀，一刀是左側負荷重，一刀是右側負荷重，刀具的磨損還是均勻的。機夾式的切槽刀不宜安排橫走刀，只宜直切。

八、小結

數控加工的程序是數控機床的指令性文件，數控機床受控于程序指令，加工的全過程是按程序指令自動進行，數控加工程序不僅包括零件的工藝過程，還要包括切削用量、走刀路線、刀具尺寸以及機床的運動過程，數控加工的工藝更加詳細，其工藝方案的好壞直接影響機床效率的發揮和零件加工質量，在實際生產中應特別重視。

參考文獻：

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