第2章　數控車削加工工藝

2.1　數控車削加工的主要對象

數控車削是數控加工中用得最多的加工方法之一。針對數控車床的特點，下列幾種零件最適合數控車削加工。

（1）輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的回轉體零件。例如，如圖2-1 所示的“口小肚大”的內表面零件。

（2）精度要求高的回轉體零件。數控車床可方便和精確地實現人工補償和自動補償，同時，刀具運動是通過高精度的插補運算和伺服驅動裝置來控制的，可實現精度要求較高的回轉體零件加工，如圖2-2、圖2-3 所示的凸輪軸、曲軸。

（3）帶特殊螺紋的回轉體零件。數控車床能車削增導程、減導程及要求等導程和變導程之間平滑過渡的螺紋。由于數控車床一般采用硬質合金成形車刀，可以使用較高的轉速，因而車削出來的螺紋精度高，表面粗糙度小。

2.1.1　數控車削加工工藝的主要內容

數控車削加工工藝主要包括如下內容：

（1）選擇適合數控車床上加工的零件。

（2）對零件圖進行數控加工的工藝性分析，明確加工內容及技術要求。

（3）確定零件的加工方案，制定數控加工工藝路線，如劃分工序、安排加工順序等。

（4）加工工序的設計。

（5）零件圖形的數學處理及編程尺寸設定值的確定。

（6）加工程序的編寫、校驗和修改。

（7）首件試加工與現場問題處理。

（8）數控加工工藝技術文件的定型與歸檔。

2.1.2　加工零件的工藝性分析

工藝性分析是數控車削加工的前期工藝準備工作。工藝制定得合理與否，對程序編制、機床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響。因此，應遵循一般的工藝原則并結合數控車床的特點，認真詳細地制定好零件的數控車削加工工藝。

1.零件圖工藝性分析

零件圖工藝性分析是制定數控車削工藝的首要工作。

1）構成零件輪廓的幾何條件

分析零件圖時應注意如下幾點：

① 零件圖上是否漏掉某尺寸，從而影響到零件輪廓的構成。

② 零件圖上的圖線位置是否模糊或尺寸標注不清。

③ 零件圖上給定的幾何條件是否合理。

④ 零件圖上的尺寸標注方法應以同一基準標注尺寸或直接給出坐標尺寸。

2）尺寸精度要求

在利用數控車床車削零件時，分析精度要求與各項技術要求是否齊全、合理，常常對零件要求的尺寸取最大和最小極限尺寸的平均值作為編程的尺寸依據。

3）形狀和位置精度的要求

分析數控車削加工精度能否達到圖樣要求，若達不到，需采取其他措施（如磨削）彌補時，則應給后續工序留有一定余量。有位置精度要求的表面，應爭取在一次裝夾下完成。

4）表面粗糙度要求

對表面粗糙度要求較高的表面，應確定用恒線速度切削，并選擇合適的刀具及切削用量等。

小知識點：

恒線速度指令G96，保證刀具與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。

恒轉數指令G97，常用于工件的粗加工或工件直徑變化不大的工件加工。

2.結構工藝性分析

零件的結構工藝性是指零件對加工方法的適應性，即所設計的零件結構應便于加工成形。在數控車床上加工零件時，應根據數控車削的特點，認真審視零件結構的合理性。如圖2-4 所示為割槽結構工藝性實例。

3.零件安裝方式的選擇

數控機床上零件的安裝方式與普通車床一樣，要合理選擇定位基準和夾緊方案，主要注意以下兩點。

（1）力求設計、工藝與編程計算的基準統一，有利于提高編程時數值計算的簡便性和精確性。

（2）盡量減少裝夾次數，盡可能在一次裝夾后，加工出全部待加工面。

2.1.3　數控車削加工工藝路線的擬定

1.加工方法的選擇

數控車床能夠完成內外回轉體表面的車削、鉆孔、鏜孔、鉸孔和攻螺紋等加工操作，具體選擇時應根據零件自身要求，選用相應的加工方法和加工方案。

2.加工工序劃分

數控車床加工工序劃分有自己的特點，常用的工序劃分原則有以下兩種：

（1）保持精度原則。數控加工要求工序盡可能集中，通常，粗、精加工在一次裝夾下完成；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，應將粗、精加工分開進行；對軸上有孔加工、螺紋加工的工件，應先加工表面而后加工孔、螺紋。

（2）提高生產效率的原則。在數控加工中，為減少換刀次數，節省換刀時間，應將需用同一把刀加工的部位全部完成后，再換另一把刀來加工其他部位。同時，應盡量減少空行程，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。在圖2-5 中，（a）與（b）哪種路線效率更高呢？

3.加工進給路線的確定

加工進給路線是刀具在整個加工工序中相對于工件的運動軌跡，它不但包括了工步的內容，也反映出工步的順序。

走刀路線的確定原則：在保證加工質量的前提下，使加工程序具有最短走刀路線。這樣不僅可以節省整個加工過程的執行時間，還能減少一些不必要的刀具消耗及機床進給滑動部件的磨損等。

1）粗車走刀路線

在數控車削加工中，粗車走刀路線有如下幾種，如圖2-6 所示。

如圖2-6（a）所示為外圓粗車G71 指令粗車走刀路線，適于切削區軸向余量較大的細長軸套類零件的粗車，使用該方式加工可減少徑向分層次數，使走刀路線變短。

如圖2-6（b）所示為端面粗車G72 指令粗車走刀路線，用于切削區徑向余量較大的輪盤類零件的粗車加工，并使得軸向分層次數少。

如圖2-6（c）所示為環狀粗車G73 指令粗車走刀路線，適合周邊余量較均勻的鑄鍛坯料的粗車加工，對從棒料開始粗車加工，則會有很多空程的切削進給路線。

如圖2-6（d）所示為自定義粗車走刀路線，批量加工時若走刀路線能比前幾種的更短，即使編程計算等需要準備時間也非常合算。

數控車削加工零件時，加工路線若按圖2-7（a）所示，從右往左由小到大逐次車削，由于受背吃刀量不能過大的限制，所剩的余量就必然過多；若按圖2-7（b）所示，從大到小依次車削，則在保證同樣背吃刀量的條件下，每次切削所留余量就比較均勻，是正確的階梯切削路線?；跀悼貦C床的控制特點，可不受矩形路線的限制，采用圖2-7（c）所示加工路線，但同樣要考慮避免背吃刀量過大的情形，為此需采用雙向進給切削的走刀路線。

2）精車走刀路線

零件的最終精加工輪廓應由最后一刀連續加工，并且加工刀具切入、切出及接刀點位置應選在有空刀槽或表面有拐點、轉角的位置，不能選在曲線要求相切或光滑連接的部位，以免因切削力突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接輪廓上產生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等缺陷。

對各部位精度要求不一致的精車走刀路線，當各部位精度相差不是很大時，應以最嚴的精度為準，連續走刀加工所有部位；若各部位精度相差很大，則精度接近的表面安排在同一把刀走刀路線內加工，并先加工精度較低的部位，最后再單獨安排精度高部位的走刀路線。

3）空行程走刀路線

首先，起刀點的設置。粗加工或半精加工時，多采用系統提供的簡單或復合車削循環指令加工。使用固定循環時，循環起點通常應設在毛坯外面。如圖2-8（a）所示為適合G72 的起刀點，如圖2-8（b）所示為適合G71 的起刀點，如圖2-8（c）所示的ΔX、ΔZ 取2～3mm。

其次，換刀點的設置。換刀點是指刀架轉動換刀時的位置，應設在工件及夾具的外部，以換刀時不碰工件及其他部件為準，并力求換刀移動路線最短。

再次，退刀路線的設置。

如圖2-9（a）所示為斜線退刀方式，斜線退刀方式路線最短，適用于加工外圓表面的偏刀退刀。

如圖2-9（b）所示為徑—軸向退刀方式，刀具先徑向垂直退刀，到達指定位置時再軸向退刀。適于切槽加工的退刀。

如圖2-9（c）所示為徑—軸—徑向退刀方式，刀具先徑向微退刀，再軸向垂直退刀，到達指定位置時再徑向退刀，適于鏜孔加工的退刀。

最后，刀具的切入、切出。盡量安排刀具沿輪廓的切線方向切入、切出。尤其是車螺紋時，必須設置升速段δ1 和降速段δ2。如圖2-10 所示為車螺紋時的引入距離和超越距離，這樣可避免因車刀升降而影響螺距的穩定。δ1 一般為2～5mm，δ2 一般為1～2mm。

4.車削加工順序的安排

（1）基面先行原則。用作基準的表面應優先加工出來，因為定位基準的表面越精確，裝夾誤差就越小。所以，第一道工序一般是進行定位面的粗加工和半精加工（有時包括精加工），然后再以精基準加工其他表面。

注意：

加工順序安排遵循的原則是上道工序的加工能為后面的工序提供精基準和合適的夾緊表面。

（2）先粗后精。切削加工時，先安排粗加工工序，將精加工前大量的加工余量去掉。當粗加工后所留余量的均勻性滿足不了精加工要求時，則可安排半精加工作為過渡性工序，使精加工余量小而均勻。零件的最終輪廓應由最后一刀連續加工而成。

注意：

考慮粗車加工時殘存在工件內的應力，在粗、精加工工序之間可適當安排一些精度要求不高部位的加工，如切槽、倒角、鉆孔等。

（3）先近后遠。一次裝夾的加工順序安排是先近后遠，特別是在粗加工時，通常安排離起刀點近的部位先加工，離起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。

臺階軸如圖2-11 所示，對這類直徑相差不大的臺階軸，當第一刀的切削深度（圖中最大切削深度可為3mm 左右）未超限時，宜按φ34mm→φ36mm→φ38mm 的次序先近后遠地安排車削。針對不同的情況，采取不同的加工路線。

（4）先內后外，內外交叉。對既有內表面（內腔），又有外表面需加工的零件，安排加工順序時，應先進行內、外表面的粗加工，后進行內、外表面的精加工。

注意：

切不可將零件上一部分表面（外表面或內表面）加工完畢后，再加工其他表面（內表面或外表面）。