數控機床加工工藝路線的研究

理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣的合格工件，同時應能使數控機床的功能得到合理的應用和充分的發揮。數控機床是一種高效率的自動化設備，它的效率高于普通機床的2~3倍，所以，要充分發揮數控機床的這一特點，必須熟練掌握其性能、特點、使用操作方法，同時還必須在編程之前正確地確定加工方案。

在數控機床加工過程中，由于加工對象復雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千變萬化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影響，在對具體零件制定加工方案時，應該進行具體分析和區別對待，靈活處理。只有這樣，才能使制定的加工方案合理，從而達到質量優、效率高和成本低的目的。

在對加工工藝進行認真和仔細的分析后，制定加工方案的一般原則為先粗后精，先近后遠，先內后外，程序段最少，走刀路線最短，由于生產規模的差異，對于同一零件的加工方案是有所不同的，應根據具體條件，選擇經濟、合理的工藝方案。

1、加工工序劃分

在數控機床上加工零件，工序可以比較集中，一次裝夾應盡可能完成全部工序。與普通機床加工相比，加工工序劃分有其自己的特點，常用的工序劃分原則有以下兩種。

1.1 保證精度的原則

數控加工要求工序盡可能集中。常常粗、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。對軸類或盤類零件，將各處先粗加工，留少量余量精加工，來保證表面質量要求。同時，對一些箱體工件，為保證孔的加工精度，應先加工表面而后加工孔。

1.2 提高生產效率的原則

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加工部位全部完成后，再換另一把刀來加工其它部位。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。

實際中，數控加工工序要根據具體零件的結構特點、技術要求等情況綜合考慮。

2、加工路線的確定

在數控加工中，刀具（嚴格說是刀位點）相對于工件的運動軌跡和方向稱為加工路線。即刀具從對刀點開始運動起，直至結束加工程序所經過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。影響走刀路線的因素很多，有工藝方法、工件材料及其狀態、加工精度及表面粗糙度要求、工件剛度、加工余量，刀具的剛度、耐用度及狀態，機床類型與性能等，加工路線的確定首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質量，其次考慮數值計算簡單，走刀路線盡量短，效率較高等。

下面舉例分析研究數控機床加工零件時常用的加工路線。

2.1車圓錐的加工路線分析

數控車床上車外圓錐，假設圓錐大徑為D，小徑為d，錐長為L，車圓錐的加工路線如圖1所示。

圖1 車圓錐的加工路線

按圖1（a）的階梯切削路線，二刀粗車，最后一刀精車；二刀粗車的終刀距S要作精確的計算，可有相似三角形得：

此種加工路線，粗車時，刀具背吃刀量相同，但精車時，背吃刀量不同；同時刀具切削運動的路線最短。

按圖1（b）的相似斜線切削路線，也需計算粗車時終刀距S，同樣由相似三角形可計算得：

按此種加工路線，刀具切削運動的距離較短。

按圖1(c)的斜線加工路線，只需確定了每次背吃刀量ap，而不需計算終刀距，編程方便。但在每次切削中背吃刀量是變化的，且刀具切削運動的路線較長。

2.2 車圓弧的加工路線分析

應用G02（或G03)指令車圓弧，若用一刀就把圓弧加工出來，這樣吃刀量太大，容易打刀。所以，實際車圓弧時，需要多刀加工，先將大多余量切除，最后才車得所需圓弧。

下面研究分析車圓弧常用加工路線。

圖2 圓弧切削路線的形式

在圖2中，a圖表示為同心圓形式，b圖表示為等徑圓?。ú煌瑘A心）形式，c圖表示為三角形形式，d圖表示為梯形形式。不同形式的切削路線有不同的特點，了解它們各自的特點，有利于合理地安排其走刀路線。現分析上述幾種切削路線：程序段數最少的為同心圓形式及等徑圓形式；走刀路線最短的為同心圓形式，其余依次為三角形梯形及等徑圓形式；計算和編程最簡單的為等徑圓形式（可利用程序循環功能），其余依次為同心圓、三角形式和梯形形式：金屬切除率最高、切削力分布最合理的為梯形形式；精車余量均勻的為同心圓形式。

圖3 階梯切削路線的車圓弧

圖3為車圓弧的階梯切削路線。即先粗車成階梯，最后一刀精車出圓弧。此方法在確定了每刀吃刀量ap后，須精確計算出粗車的終刀距S，即求圓弧與直線的交點。此方法刀具切削運動距離較短，但數值計算較繁。

圖4 同心圓弧切削路線車圓弧

圖4為車圓弧的同心圓弧切削路線。即用不同的半徑圓來車削，最后將所需圓弧加工出來。此方法在確定了每次吃刀量ap后，對90°圓弧的起點、終點坐標較易確定，數值計算簡單，編程方便，常采用。但按圖4b加工時，空行程時間較長。

圖5 車錐法切削路線車圓弧

圖5為車圓弧的車錐法切削路線。即先車一個圓錐，再車圓弧。但要注意，車錐時的起點和終點的確定，若確定不好，則可能損壞圓錐表面，也可能將余量留得過大。確定方法如圖5所示，連接OC交圓弧于D，過D點作圓弧的切線AB。

由幾何關系CD=OC-OD=一日=0.4148，此為車錐時的最大切削余量，即車錐時，加工路線不能超過AB線。由圖示關系，可得 AC=BC=0.5868，這樣可確定出車錐時的起點和終點。當R不太大時，可取AC=BC=0.5R。此方法數值計算較繁，刀具切削路線短。

圖6 切削螺紋時引入、引出距離

3、車螺紋時軸向進給距離的分析

車螺紋時，刀具沿螺紋方向的進給應與工件主軸旋轉保持嚴格的速比關系?？紤]到刀具從停止狀態到達指定的進給速度或從指定的進給速度降至零，驅動系統必有一個過渡過程，沿軸向進給的加工路線長度，除保證加工螺紋長度外，還應增加δ1（2mm~5mm）的刀具引入距離和δ2（1mm~2mm）的刀具切出距離，如圖6所示。這樣來保證切削螺紋時，在升速完成后使刀具接觸工件，刀具離開工件后再降速。

4、輪廓銑削加工路線的分析

對于連續銑削輪廓，特別是加工圓弧時，要注意安排好刀具的切入、切出，要盡量避免交接處重復加工，否則會出現明顯的界限痕跡。用圓弧插補方式銑削外整圓時，要安排刀具從切向進入圓周銑削加工，當整圓加工完畢后，不要在切點處直接退刀，而讓刀具多運動一段距離，最好沿切線方向，以免取消刀具補償時，刀具與工件表面相碰撞，造成工件報廢。銑削內圓弧時，也要遵守從切向切入的原則，安排切入、切出過渡圓弧，來提高內孔表面的加工精度和質量。

5、多孔加工路線的分析

對于位置精度要求精度較高的孔系加工，特別要注意孔的加工順序的安排，安排不當時，就有可能將沿坐標軸的反向間隙帶入，直接影響位置精度。