第2章　数控车削加工工艺

2.1　数控车削加工的主要对象

数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一。针对数控车床的特点，下列几种零件最适合数控车削加工。

（1）轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的回转体零件。例如，如图2-1 所示的“口小肚大”的内表面零件。

（2）精度要求高的回转体零件。数控车床可方便和精确地实现人工补偿和自动补偿，同时，刀具运动是通过高精度的插补运算和伺服驱动装置来控制的，可实现精度要求较高的回转体零件加工，如图2-2、图2-3 所示的凸轮轴、曲轴。

（3）带特殊螺纹的回转体零件。数控车床能车削增导程、减导程及要求等导程和变导程之间平滑过渡的螺纹。由于数控车床一般采用硬质合金成形车刀，可以使用较高的转速，因而车削出来的螺纹精度高，表面粗糙度小。

2.1.1　数控车削加工工艺的主要内容

数控车削加工工艺主要包括如下内容：

（1）选择适合数控车床上加工的零件。

（2）对零件图进行数控加工的工艺性分析，明确加工内容及技术要求。

（3）确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如划分工序、安排加工顺序等。

（4）加工工序的设计。

（5）零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定。

（6）加工程序的编写、校验和修改。

（7）首件试加工与现场问题处理。

（8）数控加工工艺技术文件的定型与归档。

2.1.2　加工零件的工艺性分析

工艺性分析是数控车削加工的前期工艺准备工作。工艺制定得合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真详细地制定好零件的数控车削加工工艺。

1.零件图工艺性分析

零件图工艺性分析是制定数控车削工艺的首要工作。

1）构成零件轮廓的几何条件

分析零件图时应注意如下几点：

① 零件图上是否漏掉某尺寸，从而影响到零件轮廓的构成。

② 零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清。

③ 零件图上给定的几何条件是否合理。

④ 零件图上的尺寸标注方法应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。

2）尺寸精度要求

在利用数控车床车削零件时，分析精度要求与各项技术要求是否齐全、合理，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。

3）形状和位置精度的要求

分析数控车削加工精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其他措施（如磨削）弥补时，则应给后续工序留有一定余量。有位置精度要求的表面，应争取在一次装夹下完成。

4）表面粗糙度要求

对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速度切削，并选择合适的刀具及切削用量等。

小知识点：

恒线速度指令G96，保证刀具与工件表面的切削速度恒定，常用于工件的精加工和半精加工。

恒转数指令G97，常用于工件的粗加工或工件直径变化不大的工件加工。

2.结构工艺性分析

零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成形。在数控车床上加工零件时，应根据数控车削的特点，认真审视零件结构的合理性。如图2-4 所示为割槽结构工艺性实例。

3.零件安装方式的选择

数控机床上零件的安装方式与普通车床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，主要注意以下两点。

（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，有利于提高编程时数值计算的简便性和精确性。

（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工出全部待加工面。

2.1.3　数控车削加工工艺路线的拟定

1.加工方法的选择

数控车床能够完成内外回转体表面的车削、钻孔、镗孔、铰孔和攻螺纹等加工操作，具体选择时应根据零件自身要求，选用相应的加工方法和加工方案。

2.加工工序划分

数控车床加工工序划分有自己的特点，常用的工序划分原则有以下两种：

（1）保持精度原则。数控加工要求工序尽可能集中，通常，粗、精加工在一次装夹下完成；为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行；对轴上有孔加工、螺纹加工的工件，应先加工表面而后加工孔、螺纹。

（2）提高生产效率的原则。在数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的部位全部完成后，再换另一把刀来加工其他部位。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。在图2-5 中，（a）与（b）哪种路线效率更高呢？

3.加工进给路线的确定

加工进给路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步的顺序。

走刀路线的确定原则：在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短走刀路线。这样不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给滑动部件的磨损等。

1）粗车走刀路线

在数控车削加工中，粗车走刀路线有如下几种，如图2-6 所示。

如图2-6（a）所示为外圆粗车G71 指令粗车走刀路线，适于切削区轴向余量较大的细长轴套类零件的粗车，使用该方式加工可减少径向分层次数，使走刀路线变短。

如图2-6（b）所示为端面粗车G72 指令粗车走刀路线，用于切削区径向余量较大的轮盘类零件的粗车加工，并使得轴向分层次数少。

如图2-6（c）所示为环状粗车G73 指令粗车走刀路线，适合周边余量较均匀的铸锻坯料的粗车加工，对从棒料开始粗车加工，则会有很多空程的切削进给路线。

如图2-6（d）所示为自定义粗车走刀路线，批量加工时若走刀路线能比前几种的更短，即使编程计算等需要准备时间也非常合算。

数控车削加工零件时，加工路线若按图2-7（a）所示，从右往左由小到大逐次车削，由于受背吃刀量不能过大的限制，所剩的余量就必然过多；若按图2-7（b）所示，从大到小依次车削，则在保证同样背吃刀量的条件下，每次切削所留余量就比较均匀，是正确的阶梯切削路线。基于数控机床的控制特点，可不受矩形路线的限制，采用图2-7（c）所示加工路线，但同样要考虑避免背吃刀量过大的情形，为此需采用双向进给切削的走刀路线。

2）精车走刀路线

零件的最终精加工轮廓应由最后一刀连续加工，并且加工刀具切入、切出及接刀点位置应选在有空刀槽或表面有拐点、转角的位置，不能选在曲线要求相切或光滑连接的部位，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。

对各部位精度要求不一致的精车走刀路线，当各部位精度相差不是很大时，应以最严的精度为准，连续走刀加工所有部位；若各部位精度相差很大，则精度接近的表面安排在同一把刀走刀路线内加工，并先加工精度较低的部位，最后再单独安排精度高部位的走刀路线。

3）空行程走刀路线

首先，起刀点的设置。粗加工或半精加工时，多采用系统提供的简单或复合车削循环指令加工。使用固定循环时，循环起点通常应设在毛坯外面。如图2-8（a）所示为适合G72 的起刀点，如图2-8（b）所示为适合G71 的起刀点，如图2-8（c）所示的ΔX、ΔZ 取2～3mm。

其次，换刀点的设置。换刀点是指刀架转动换刀时的位置，应设在工件及夹具的外部，以换刀时不碰工件及其他部件为准，并力求换刀移动路线最短。

再次，退刀路线的设置。

如图2-9（a）所示为斜线退刀方式，斜线退刀方式路线最短，适用于加工外圆表面的偏刀退刀。

如图2-9（b）所示为径—轴向退刀方式，刀具先径向垂直退刀，到达指定位置时再轴向退刀。适于切槽加工的退刀。

如图2-9（c）所示为径—轴—径向退刀方式，刀具先径向微退刀，再轴向垂直退刀，到达指定位置时再径向退刀，适于镗孔加工的退刀。

最后，刀具的切入、切出。尽量安排刀具沿轮廓的切线方向切入、切出。尤其是车螺纹时，必须设置升速段δ1 和降速段δ2。如图2-10 所示为车螺纹时的引入距离和超越距离，这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。δ1 一般为2～5mm，δ2 一般为1～2mm。

4.车削加工顺序的安排

（1）基面先行原则。用作基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工（有时包括精加工），然后再以精基准加工其他表面。

注意：

加工顺序安排遵循的原则是上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面。

（2）先粗后精。切削加工时，先安排粗加工工序，将精加工前大量的加工余量去掉。当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，使精加工余量小而均匀。零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。

注意：

考虑粗车加工时残存在工件内的应力，在粗、精加工工序之间可适当安排一些精度要求不高部位的加工，如切槽、倒角、钻孔等。

（3）先近后远。一次装夹的加工顺序安排是先近后远，特别是在粗加工时，通常安排离起刀点近的部位先加工，离起刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。

台阶轴如图2-11 所示，对这类直径相差不大的台阶轴，当第一刀的切削深度（图中最大切削深度可为3mm 左右）未超限时，宜按φ34mm→φ36mm→φ38mm 的次序先近后远地安排车削。针对不同的情况，采取不同的加工路线。

（4）先内后外，内外交叉。对既有内表面（内腔），又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内、外表面的粗加工，后进行内、外表面的精加工。

注意：

切不可将零件上一部分表面（外表面或内表面）加工完毕后，再加工其他表面（内表面或外表面）。