数控车削加工的工艺分析

摘要：数控车削加工的工艺分析，首先要对零件图进行工艺分析，根据零件安排合适的加工顺序，确定走刀路线，选择合适的夹具、刀具、切削用量三要素，还要考虑选择合适的对刀点，换刀点和刀尖半径补偿。

关键词：工艺分析；加工顺序；刀具选择；切削用量；对刀点

工艺分析是数控加工编程的前期工艺准备工作，通过工艺分析，使编制的程序在一定生产条件下，以最快的速度，最少的劳动量和最低的费用，加工出符合图样要求的零件。数控编程中的工艺分析主要包括以下几个方面的内容：明确零件的加工内容和技术要求；确定零件的加工方案；设计数控加工工序，选择零件的定位基准，夹具和刀具，切削用量的选择；编程序时要考虑程序中对刀点，换刀点的选择和刀尖半径补偿的建立等细节内容。我在实践教学中总结出一些数控车削加工工艺分析的一般规律，供大家参考。

一、对零件图进行数控加工工艺性分析

明确零件的加工内容和技术要求，分析图样的尺寸、公差和表面粗糙度标准是否齐全，还分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证、有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。在实际加工中要结合现有生产条件分析实现这些技术要求的可行性。审查与分析零件图纸中的尺寸标注是否适合数控加工的特点，对数控加工来说，最好以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。在手工编程时，要进行基点或节点坐标的计算。数控加工工艺特别强调定位加工，尤其是正反两面都采用数控加工的零件，以同一基准定位十分必要，否则很难保证两次安装加工后两面上的位置及尺寸协调。

二、加工顺序的安排

零件加工顺序的安排应遵循一定的原则：

1.基面先行原则：用做精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。例如：轴类零件加工时，总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和端面。

2.先粗后精原则：各个表面的加工顺序按照粗加工----半精加工-----精加工-----光整加工的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。

3.先主后次原则：零件的主要工作表面、装配基面应先行，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。次要表面可穿行，放在主要表面加工到一定程度后，最终精加工之前进行。

4.先近后远原则：一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对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。

根据走刀路线选择合适的数控程序，确定走刀路线时要注意合理选择切入切出方向，确定刀具的进、退路线时，刀具的切入或切出点应沿零件轮廓的切线方向，而不是沿零件的法向切入切出，以避免在切入切出处产生刀具的刻痕而影响表面质量，保证零件轮廓曲线平滑过渡。在实际应用中，往往要根据具体的加工情况选择合适的走刀路线。

三、夹具的选择

数控加工中，工件装夹的基本原则与普通机床相同，都要根据具体情况合理选择定位基准和夹紧方案，应注意以下几点：

1.力求设计基准、工艺基准和编程计算的基准统一。

2.尽量减少工件的装夹次数和辅助时间，即尽可能在工件的一次装夹中加工出全部待加工表面。

3.避免采用占机人工调整时间长的装夹方案，以充分发挥数控机床的效能。

4.夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。

四、刀具选择

刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。 数控车削中广泛采用机夹可转位刀具，它是提高数控加工生产率，保证产品质量的重要手段。可转位车刀刀片种类繁多，使用最广的是菱形刀片，其次是三角形刀片、圆形刀片及切槽刀片。菱形刀片按其菱形锐角不同有80°、55°和35°三类，常用刀具选择如下：

1.选择外轮廓刀：图样有垂直面加工，外轮廓加工刀具的主偏角必须大于90度。根据工件表面粗糙度选择合适的刀尖半径，一般表面粗糙度R1.6um,选择刀尖半径为0.4mm的刀片，表面粗糙度R3.2um,选择刀尖半径0.8mm的刀片。一般情况下：选择主偏角93°，刀尖角80°，刀尖半径0.4mm的硬质合金菱形刀片，用作外轮廓的粗精加工。

2.选择切槽刀。

切槽刀选择的一般原则是：背吃刀量

3．凹圆弧车刀的选择

为了避免加工凹圆弧时刀具干涉，外轮廓加工刀具的主偏角和副偏角受到限制，刀尖角必须小于一定的角度。35°菱形刀片因其刀尖角小，干涉现象少，多用于车削凹圆弧工件或复杂型面的工件。

五、确定切削用量

数控加工中选择切削用量时，就是在保证加工质量和刀具使用寿命的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。

1.背吃刀量：在刚度允许的条件下：应该以最少的进给次数完成加工余量，以提高劳动生产率。

2．切削速度：提高切削速度也是提高生产率的一个措施，但切削速度与刀具使用寿命的关系比较密切。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调开关，可在加工过程中对主轴转速进行调整。

3．进给量：进给量应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。进给速度的增加也可以提高生产效率。加工表面质量要求较高的工件时，应采用高速小进给量的加工方法。

六、数控加工程序中对刀点，换刀点的选择和刀尖半径补偿的建立

对刀点是工件在机床上定位装夹后，用于确定工件坐标系在机床坐标中的位置的基准点。一般来说，对刀点应选在工件坐标系原点上，一般选在工件的右端面与回转轴线的交点。对刀过程一般是从各坐标方向进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点来实现。在加工过程中需要换刀时，在编程时应考虑选择合适的换刀点,换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其他部位为准。

刀尖半径补偿的目的就是为了解决刀尖圆弧可能引起的加工误差。当刀尖是假想刀尖时，切削进程按照程序指定的形状执行不会发生问题。不过，真实的刀刃是由圆弧构成的，当加工斜线或圆弧时，则实际切削点与理想刀尖之间在X、Z轴方向都存在位置偏差，会出现少切或过切现象，造成加工误差。刀尖圆弧半径R越大，加工误差越大。为使系统能正确计算出刀具中心的实际运动轨迹，除要给出刀尖圆弧半径R以外，还要给出刀具的理想刀尖位置号T，刀尖圆弧半径补偿及其补偿方向由G41、G42、G40指令实现。

G40：取消刀尖圆弧半径补偿。

G41：刀尖圆弧半径左补偿。

G42：刀尖圆弧半径右补偿

数控加工编程人员必须对零件进行充分、全面的工艺分析，然后制定出合理的工艺设计，包括加工顺序和加工路线，装夹方式与切削刀具、切削用量的选择等方面的内容。只用在此基础上才能编制出最佳的数控加工程序，加工出既经济又能满足质量要求的零件。

参考文献：

[1] 解海滨 《数控加工技术实训》；机械工业出版社。

[2] 劳动和社会保障部教材办公室组织编写《机械制造工艺学》。

作者简介：王俊荣，工作单位：河南省驻马店机械电子工程学校机械专业讲师。