轮廓精加工的刀路分析及对比

张广彬

摘要：本文对外圆精加工走刀方式进行深入研究，全面解析数控车加工中外圆径向精加工的每个要点，以提高产品加工精度和质量稳定性。关键词：数控车;外圆精加工;加工路径

1外圆切削刀路和刀路优化

切削过程是刀具与工件相互运动、相互作用的过程，对传统外圆精加工提出针对性的进刀方式优化，从理论、微观、能达成的尺寸精度、耐用度、工作效率、适用性等方面进行分析和总结，对改进后的加工路径进行分析。外圆车削一般由粗车和精车组成，在精加工前首先要进行粗加工切除大部分加工余量。所以粗车给定的参数大多是大切削量和较快的切削速度。由于需要进行精加工，所以需要留有径向和轴向加工余量，一般径向留0.5mm的余量、轴向留0.1mm的余量。然后进行精加工，切除剩余加工余量，保证尺寸精度和表面质量。精加工的主要作用是保证尺寸精度和表面质量，该加工需要采用特定的切削参数来达到零件的精度要求。

2刀路對比

2.1 两种刀路的刀具路径对比

传统的外圆精加工刀路，是先加工外圆的径向尺寸，紧接着加工轴向尺寸;优化后的刀路，加工完径向尺寸并没有直接加工轴向尺寸，而是进行了退刀，最后才加工轴向尺寸。两种刀路加工特点如下：

（1）传统的径向加工不仅切削刃参与车削，刀片的前刀面也参与车削。

（2）优化后的径向加工，切削刃参与车削，刀片的后刀面也参与车削，但前刀面不参与车削。

（3）从刀具的走刀轨迹来看，优化后的刀路多了很多退刀，将原本可以一起加工的尺寸拆开了，繁琐了一些。

（4）加工轴向尺寸时，切削方向由内向外变成了由外向内，改变了切屑方向。

2.2 两种刀路切削后尺寸回弹性对比

切削产生的切屑是造成切削过程中物理化学变化的主要原因之一，切屑是切削过程中工件受到刀具前后刀面的挤压形成的。传统精加工刀路，在加工径向尺寸时是由内向外加工，未加工表面和刀具的前刀面接触，切屑沿着切削方向排出，在这个过程中刀具的整个前刀面嵌入在工件径向未加工表面里面，在实际切削中会产生异常声音，而且刀具的前刀面与工件未加工表面的角度很小，挤压过程很剧烈，在刀具后刀面与工件未加工表面的角度很大时，失去了平稳的后刀面摩擦，已加工表面会出现比较强烈的弹性恢复，外圆的轴向尺寸在精度较高时难以保证。

优化后的精加工刀路，在径向加工轴向尺寸时是由外向内加工，刀具的后刀面与未加工表面接触，由于后刀面与未加工表面角度很大，切屑排出的空间大，刀具的后刀面并没有完全嵌入工件里面，轴向余量的长度就是与后刀面接触的长度，所以切屑与刀具挤压不是很剧烈，加上有刀具的前刀面摩擦，已加工表面出现弹性恢复的强度不高，这样就有效保证了外圆的轴向尺寸，而且留有的轴向余量还可以更多。

2.3 两种刀路切削后残余应力对比

传统的径向精加工刀路，刀具的前刀面与未加工表面角度很小，切屑排出的空间很小，距离很长，导致一些切屑在切削处积压，刀具在继续切削情况下工件的径向表面受到剧烈的摩擦、塑性变形和热冲击，工件的内部金属承受很大的塑性变形，在工件表面层残留大量应力，这些应力在长期的外部温度和切削力作用下，破坏了原本已加工表面的平衡。优化后的精加工刀路，刀具的后刀面与径向表面角度很大，切削点在刀具的后刀面和径向表面之间，切屑排出的空间较大，切屑不会在切削处积压，刀具的继续切削也不会导致切屑留在工件表面，工件的表面所承受的切削热、摩擦、塑性变形较小，经过刀具前刀面的摩擦，留在表面的残余应力相对较小，外圆的轴向尺寸容易保证。

2.4 其他因素对精加工刀路的影响

在现实加工中，还有一些外部因素对外圆加工尺寸有影响，如机床的丝杠间隙，这是无法避免的，虽然可以修改机床的间隙参数，但遇到比较高的尺寸精度，还是要从根本上去解决。此次优化，进刀位置多了两个斜方向的走刀，刀具在切削前快速接近工件原点，开始实际切削前走了一个斜方向空刀，用作消除机床的径向和轴向间隙，因为加工中工件被切削时承受了径向和轴向反作用力，如果没有及时消除机床的丝杠间隙，刀具承受反作用力将导致外圆表面可能出现锥度和振动。

3优化刀路的实际应用

在实际加工时会遇到不同的情况，如有多个台阶圆、倒角等都要考虑进去。此加工首先加工第一个外圆，从倒角处进刀，切削前走一段空刀消除间隙，加工至尺寸处，斜方向退刀;重复同样的动作加工第二个外圆和第三个倒角;最后加工两个径向面。这样就保证了外圆的轴向和径向尺寸。

4优化刀路的优缺点分析

优化精加工刀路优缺点如下。（1）优点：①减少了刀具前刀面的磨损;②过去只能留有很少的轴向余量，现在可以留出更多的余量，以弥补对刀产生的误差;③外圆的轴向尺寸得到了保证;④切屑排出方向得到改变，外圆径向面粗糙度因此有了改善;⑤平衡了刀具磨损。

（2）缺点：①刀具路径复杂很多，增加编程难度;②工作效率有所降低。

5小结

对传统外圆精加工刀路作了改善，提高了外圆的轴向尺寸精度和表面粗糙度，解析了各个要点。在处理现实加工问题时，应综合考虑实际情况，运用合适的方法去解决不同的问题。在保证零件加工精度和表面粗糙度要求的前提下，选择合理的加工工艺路线，从而提高数控机床的加工效率，降低加工成本。

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