数控车削加工工艺分析

杨艳春

（盘锦职业技术学院，辽宁 盘锦 124000）

数控车削是在普通车削的基础上发展起来的。其加工工艺及所用刀具与普通车削基本相同，但其工作原理是不同的。在普通车削上，零件的加工过程是由操作者操控机床逐步完成的，在加工过程中，操作者可以随时停车测量工件、调整机床；而数控车削的加工过程是按预先编制好的加工程序，在计算机的控制下自动实现的。合理的加工工艺对数控车削的加工质量、加工效率及加工成本至关重要。

1 数控车削的加工特点

数控车削是数控加工中应用最多的方法之一。数控车削除具有普通车削的全部功能外。其加工对象还有如下特点。

1.1 形状复杂或难以控制尺寸零件

因为车削数控系统都具有直线和圆弧插补功能，部分数控车削还具有某些非圆曲线（如椭圆曲线、抛物线等）插补功能，故能车削由任意平面曲线轮廓所构成的回转体零件，包括通过拟合计算处理后不能用方程描述的列表曲线类零件。

1.2 具有特殊螺旋面的零件

特殊螺旋面的零件是指特大螺距、变螺距、等螺距与变螺距之间作平滑过渡的零件，圆柱螺旋面与圆锥螺旋面之间作平滑过渡的零件，以及具有高精度的模数螺旋面零件（如各种形面的蜗杆）和端面螺纹等。

1.3 淬硬工件的加工

在大型模具加工中，有不少尺寸大而形状复杂的零件。这些零件热处理后的变形量较大，磨削加工有困难，因此可以用陶瓷车刀在数控机床上对淬硬后的零件进行车削加工，以车代磨，提高加上效率。

2 数控车削加工工艺概括

2.1 数控车削加工工艺的内容

数控车削加工工艺是采用数控车削加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。其主要内容包括8个方面：①选择并确定零件的数控车削加工内容；②对零件图纸进行数控车削加工工艺分析；③工具、夹具的选择和调整设计；④工序、工步的设计；⑤加工轨迹的计算和优化；⑥数控车削加工程序的编写、校验与修改；⑦首件试加工与现场问题的处理；⑧编制数控加工工艺技术文件；总之，数控加工工艺内容较多，有些与普通机床加工相似。

2.2 数控车削加工工艺分析基本要求

工艺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，对程序的编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。为了编制出一个合理的、实用的加工程序，要求编程者不仅要了解数控车削的工作原理、性能特点及结构。掌握编程语言及编程格式，还应熟练掌握工件加工工艺，确定合理的切削用量、正确地选用刀具和工件装夹方法。因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车削的特点，认真而详细地进行数控车削加工工艺分析。其主要内容有：根据图纸分析零件的加工要求及其合理性；确定工件在数控车削上的装夹方式；各表面的加工顺序、刀具的进给路线以及刀具、夹具和切削用量的选择等。

2.3 零件图分析

零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务。主要进行尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析。此外还应分析零件结构和加工要求的合理性，选择工艺基准。

（1）尺寸标注方法分析。零件图上的尺寸标注方法应适应数控车削的加工特点，以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。如果零件图上各方向的尺寸没有统一的设计基准，可考虑在不影响零件精度的前提下选择统一的工艺基准。计算转化各尺寸，以简化编程计算。

（2）轮廓几何要素分析。在手工编程时，要计算每个节点坐标。在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在零件图分析时，要分析几何元素的给定条件是否充分。

（3）精度和技术要求分析。对被加工零件的精度和技术进行分析，是零件工艺性分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能正确合理地选择加工方法、装夹方式、刀具及切削用量等。其主要内容包括：分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理；分析本工序的数控车削加工精度能否达到图纸要求，若达不到，允许采取其他加工方式弥补时，应给后续工序留有余量；对图纸上有位置精度要求的表面，应保证在一次装夹下完成；对表面粗糙度要求较高的表面，应采用恒线速度切削。

2.4 夹具和刀具的选择

（1）工件的装夹与定位。数控车削加工中尽可能做到一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面，尽量减少装夹次数，以提高加工效率、保证加工精度。对于轴类零件，通常以零件自身的外圆柱面作定位基准；对于套类零件，则以内孔为定位基准。数控车削夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘、四爪卡盘、液压、电动及气动夹具外，还有多种通用性较好的专用夹具。实际操作时应合理选择 。

（2）刀具选择。刀具的使用寿命除与刀具材料相关外，还与刀具的直径有很大的关系。刀具直径越大，能承受的切削用量也越大。所以在零件形状允许的情况下，采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命，提高生产率的有效措施。数控车削常用的刀具一般分为3类。即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。

2.5 切削用量选择

数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速S（或切削速度 υ）及进给速度 F（或进给量 f）。

切削用量的选择原则，合理选用切削用量对提高数控车削的加工质量至关重要。确定数控车削的切削用量时一定要根据机床说明书中规定的要求，以及刀具的耐用度去选择，也可结合实际经验采用类比法来确定。一般的选择原则是：粗车时，首先考虑在机床刚度允许的情况下选择尽可能大的背吃刀量ap；其次选择较大的进给量f；最后再根据刀具允许的寿命确定一个合适的切削速度υ。增大背吃刀量可减少走刀次数，提高加工效率，增大进给量有利于断屑。精车时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高加工效率，因此宜选用较小的背吃刀量和进给量，尽可能地提高加工速度。主轴转速 S（r/min）可根据切削速度 υ（mm/min）由公式 S=υ1000／πD（D为工件或刀／具直径mm）计算得出，也可以查表或根据实践经验确定。

3 工序划分及拟定加工顺序

3.1 工序划分的原则

数控车削加工零件，常用的工序划分原则有两种。

（1）保持精度原则。工序一般要求尽可能地集中，粗、精加工通常会在一次装夹中全部完成。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，则应将粗、精加工分开进行。

（2）提高生产效率原则。为减少换刀次数，节省换刀时间，提高生产效率，应将需要用同一把刀加工的加工部位都完成后，再换另一把刀来加工其他部位，同时应尽量减少空行程。

3.2 确定加工顺序

制定加工顺序一般遵循下列原则：

（1）先粗后精。按照粗车半精车精车的顺序进行，逐步提高加工精度。

（2）先近后远。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。此外，先近后远车削还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。

（3）内外交叉。对既有内表面又有外表面需加工的零件，应先进行内外表面的粗加工，后进行内外表面的精加工。

（4）基面先行。用作精基准的表面应优先加工出来，定位基准的表面越精确，装夹误差越小。

4 结语

数控车削作为一种高效率的设备，欲充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点，除了必须掌握机床的性能、特点及操作方法外，还应在编程前进行详细的工艺分析和确定合理的加工工艺，以得到最优的加工方案。

[1]刘存祥，康敏.机械制造工艺基础[M].北京：中国农业大学出版社，2008，（3）.

[2]赵如福.金属机械加工工艺设计手册[M].上海：上海科学技术出版社，2009，（1）.