數控車床的車削加工工藝

王麗哲 康占武 / 河北省機電工程技師學院

數控車床的車削加工工藝

王麗哲 康占武 / 河北省機電工程技師學院

數控車削的工藝分析是數控車削加工順利完成的保障。數控車削加工工藝是采用數控車床加工零件時所運用的方法和技術手段的總和，工序、工步的設計不合理直接導致產生次品。因此要設計出合理的工藝分析順序。應在編程前進行詳細的工藝分析和確定合理的加工工藝，以得到最優的加工方案。

數控車床；車削加工工藝；工藝分析

一、問題的提出

數控車削加工主要包括工藝分析、程序編制、裝刀、裝工件、對刀、粗加工、半精加工、精加工。而數控車削的工藝分析是數控車削加工順利完成的保障。

數控車削加工工藝是采用數控車床加工零件時所運用的方法和技術手段的總和。其主要內容包括以下幾個方面：第一，選擇并確定零件的數控車削加工內容；第二，對零件圖紙進行數控車削加工工藝分析；第三，工具、夾具的選擇和調整設計；第四，切削用量選擇；第五，工序、工步的設計；第六，加工軌跡的計算和優化；第七，編制數控加工工藝技術文件。

筆者觀察了很多數控車的技術工人，閱讀了不少關于數控車削加工工藝的文章，發現大部分使用者采用選擇并確定零件的數控車削加工內容、零件圖分析、夾具和刀具的選擇、切削用量選擇 、劃分工序及擬定加工順序、加工軌跡的計算和優化、編制數控加工工藝技術文件的順序來進行工藝分析。

但是筆者分析了上述的順序之后，發現有點不妥。因為整個零件的工序、工步的設計是工藝分析這一環節中最重要的一部分內容。工序、工步的設計直接關系到能否加工出符合零件形位公差要求的零件。工序、工步的設計不合理將直接導致零件的形位公差達不到要求。換言之就是工序、工步的設計不合理直接導致產生次品。

二、分析問題

目前,數控車床的使用者的操作水平非常高，并且能夠獨立解決很多操作上的難題，但是他們的理論水平不是很高，這是造成工藝分析順序不合理的主要原因。

造成工藝分析順序不合理的另一個原因是企業的工量具設備不足。

三、解決問題

其實分析了工藝分析順序不合理的現象和原因之后,解決問題就非常容易了。需要做的工作只要將對零件的分析順序稍做調整就可以。

筆者認為合理的工藝分析步驟應該是： 第一，選擇并確定零件的數控車削加工內容； 第二，對零件圖紙進行數控車削加工工藝分析； 第三，工序、工步的設計；第四，工具、夾具的選擇和調整設計；第五，切削用量選擇；第六，加工軌跡的計算和優化；第七，編制數控加工工藝技術文件。

本文主要對第二、第三、第四、第五這幾個步驟進行詳細的闡述。

(一)零件圖分析

零件圖分析是制定數控車削工藝的首要任務。主要進行尺寸標注方法分析、輪廓幾何要素分析以及精度和技術要求分析。此外還應分析零件結構和加工要求的合理性,選擇工藝基準。

1.選擇基準 。

零件圖上的尺寸標注方法應適應數控車床的加工特點,以同一基準標注尺寸或直接給出坐標尺寸。這種標注方法既便于編程,又有利于設計基準、工藝基準、測量基準和編程原點的統一。

2.節點坐標計算 。

在手工編程時,要計算每個節點坐標。在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義。

3.精度和技術要求分析 。

對被加工零件的精度和技術進行分析,是零件工藝性分析的重要內容,只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基礎上,才能正確合理地選擇加工方法、裝夾方式、刀具及切削用量等。

(二)工序、工步的設計

1.工序劃分的原則 。

在數控車床上加工零件,常用的工序的劃分原則有兩種。

(1)保持精度原則。工序一般要求盡可能地集中,粗、精加工通常會在一次裝夾中全部完成。 為減少熱變形和切削力變形對工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響,則應將粗、精加工分開進行。

(2)提高生產效率原則。為減少換刀次數,節省換刀時間,提高生產效率,應將需要用同一把刀加工的加工部位都完成后,再換另一把刀來加工其他部位,同時應盡量減少空行程。

2.確定加工順序 。

制定加工順序一般遵循下列原則 :

(1)先粗后精。按照粗車半精車精車的順序進行,逐步提高加工精度。

(2)先近后遠。離對刀點近的部位先加工,離對刀點遠的部位后加工,以便縮短刀具移動距離,減少空行程時間。此外,先近后遠車削還有利于保持坯件或半成品的剛性,改善其切削條件。

(3)內外交叉。對既有內表面又有外表面需加工的零件,應先進行內外表面的粗加工,后進行內外表面的精加工。

(4)基面先行。用作精基準的表面應優先加工出來,定位基準的表面越精確,裝夾誤差越小。

(三)夾具和刀具的選擇

1.工件的裝夾與定位 。

數控車削加工中盡可能做到一次裝夾后能加工出全部或大部分代加工表面,盡量減少裝夾次數,以提高加工效率、保證加工精度。對于軸類零件,通常以零件自身的外圓柱面作定位基準;對于套類零件,則以內孔為定位基準。數控車床夾具除了使用通用的三爪自動定心卡盤、四爪卡盤、液壓、電動及氣動夾具外,還有多種通用性較好的專用夾具。實際操作時應合理選擇 。

2.刀具選擇 。

刀具的使用壽命除與刀具材料相關外,還與刀具的直徑有很大的關系。刀具直徑越大,能承受的切削用量也越大。所以在零件形狀允許的情況下,采用盡可能大的刀具直徑是延長刀具壽命,提高生產率的有效措施。數控車削常用的刀具一般分為3類。即尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。

(四)切削用量選擇

數控車削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主軸轉速S(或切削速度υ)及進給速度F(或進給量f )。

切削用量的選擇原則,合理選用切削用量對提高數控車床的加工質量至關重要。確定數控車床的切削用量時一定要根據機床說明書中規定的要求,以及刀具的耐用度去選擇。

也可結合實際經驗采用類比法來確定。一般的選擇原則是:粗車時,首先考慮在機床剛度允許的情況下選擇盡可能大的背吃刀量ap;其次選擇較大的進給量f;最后再根據刀具允許的壽命確定一個合適的切削速度υ。增大背吃刀量可減少走刀次數,提高加工效率,增大進給量有利于斷屑。精車時,應著重考慮如何保證加工質量,并在此基礎上盡量提高加工效率,因此宜選用較小的背吃刀量和進給量,盡可能地提高加工速度。主軸轉速S(r/min )可根據切削速度υ(mm/min)由公式 S=υ1000/πD(D為工件或刀/具直徑 mm)計算得出,也可以查表或根據實踐經驗確定。

四、結 語

數控機床作為一種高效率的設備,欲充分發揮其高性能、高精度和高自動化的特點,除了必須掌握機床的性能、特點及操作方法外,還應在編程前進行詳細的工藝分析和確定合理的加工工藝,以得到最優的加工方案。

[1]周鵬.數控車削加工工藝性分析[M].消費導刊·理論版.2009.1.

[2]信麗華,朱建軍.數控車削加工工藝的探討[M].上海工程技術大學學報.2006.2.