车削加工路径、切削参数选择

一、切削用量的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n或切削速度vc（用于恒线速度切削）、进给速度vf或进给量f。这些参数均应在机床给定的允许范围内选取。1、切削用量的选用原则（1）切削用量的选用原则粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。车削加工路径、切削参数选择精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础土尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。（2）切削用量的选取方法①背吃刀量的选择粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般较小，可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达8～10mm；半精加工的背吃刀量取0.5～5mm；精加工的背吃刀量取0.2～1.5mm。②进给速度（进给量）的确定粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。进给速度νf可以按公式νf=f×n计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.3～0.8mm／r；精车时常取0.1～0.3mm/r；切断时常取0.05～0.2mm/r。③切削速度的确定切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。切削速度vc确定后，可根据刀具或工件直径（D）按公式n=l000vc/πD来确定主轴转速n（r/min）。在工厂的实际生产过程中，切削用量一般根据经验并通过查表的方式进行选取。常用硬质合金或涂层硬质合金切削不同材料时的切削用量推荐值见表4-3。表4-4为常用切削用量推荐表，供参考。表1-1硬质合金刀具切削用量推荐表刀具材料工件材料粗加工精加工切削速度（m／min）进给量（mm／r）背吃刀量mm切削速度（m／min）进给量（mm／r）背吃刀量mm硬质合金或涂层硬质合金碳钢2200.232600.l0.4低合金刚1800.20.2332202200.l0.10.4高合金钢1200.231600.l0.4铸铁800.20.233140·1400.l0.10.4不锈钢800.221200.l0.4钛合金400.30.21.51.560600.l0.10.4灰铸铁1200.30.3221501500.150.150.5球墨铸铁1000.20.321201200.150.150.5铝合金16000.21.516000.l0.5表1-1常用切削用量推荐表工件材料加工内容背吃刀量ap／mm切削速度vc／m·min-1进给量f/mm·r-l刀具材料碳素钢σb600MPa粗加工5-760～800.2～0.4YT类粗加工2-380～1200.2～0.4精加工2-6120～1500.1～0.2碳素钢σb600MPa钻中心孔500～800r·min-1W18Cr4V钻孔25～300.1～0.2切断（宽度5mm）70～1100.1～0.2YT类铸铁HBS200粗加工50～700.2～0.4YG类精加工70～1000.1～0.2切断（宽度5mm）50～700.1～0.2（3）选择切削用量时应注意的几个问题①主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可根据实践经验确定，需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。根据切削速度可以计算出主轴转速。②车螺纹时的主轴转速数控车床加工螺纹时，因其传动链的改变，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴（多为Z轴）方向位移一个螺距即可。在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n（r/min）为：n≤（1200/P）－k式中P——被加工螺纹螺距，mm；k——保险系数，一般取为80。数控车床车螺纹时，会受到以下几方面的影响：●螺纹加工程序段中指令的螺距值，相当于以进给量f（mm／r）表示的进给速度vf。如果将机床的主轴转速选择过高，其换算后的进给速度vf（mm／min）则必定大大超过正常值。●刀具在其位移过程的始终，都将受到伺服驱动系统升降频率和数控装置插补运算速度的约束，由于升降频率特性满足不了加工需要等原因，则可能因主进给运动产生出的“超前”和“滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求。●车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现，即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器（编码器），当其主轴转速选择过高，通过编码器发出的定位脉冲（即主轴每转一周时所发出的一个基准脉冲信号）将可能因“过冲”（特别是当编码器的质量不稳定时）而导致工件螺纹产生乱纹（俗称“乱扣”）。二、数控车削加工工艺的制定1、零件图工艺分析（1）零件结构工艺性分析（2）轮廓几何要素分析（3）精度及技术要求分析2、工序划分的方法在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在一次装夹下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。根据结构形状不同，通常选择外圆、端面或内孔、端面装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一。在批量生产中，常用下列方法划分工序。（1）按零件加工表面划分工序即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点（如内形、外形、曲面和平面等）划分成多道工序。将位置精度要求较高的表面在一次装夹下完成，以免多次定位夹紧产生的误差影响位置精度。如图4-19所示工件，按照零件的工艺特点，将外轮廓和内轮廓的粗、精加工各放在一道工序内完成，减少了装夹次数，有利于保证同轴度。（2）按粗、精加工划分工序即粗加工中完成的那部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。对毛坯余量较大和加工精度要求较高的零件，应将粗车和精车分开，划分成两道或更多的工序。将粗车安排在精度较低、功率较大的数控机床上进行，将精车安排在精度较高的数控机床上完成。这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，例如毛坯为铸件、焊接件或锻件的零件。（3）按所用的刀具种类划分工序以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适于工件的待加工表面较多，机床连续工作时间较长，加工程序的编制和检查难度较大的情况。如图4-19所示工件，工序一：钻头钻孔，去除加工余量；工序二：采用外圆车刀粗、精加工外形轮廓；工序三：内孔车刀粗、精车内孔。图4-19套类零件分析图4-20手柄加工示意图对同一方向的外圆切削，应尽量在一次换刀后完成，避免频繁更换刀具。例如，车削图4-20（a）的手柄零件，其工序的划分及装夹方式的选择如下。该零件加工所用坯料为Φ32mm棒料，批量生产，加工时用一台数控车床。第一道工序（按图4-20（b）所示将一批工件全部车出，包括切断），夹棒料外圆柱面，工序内容有：先车出Φ12mm和Φ20mm两圆柱面及圆锥面（粗车掉R42mm圆弧的部分余量），换刀后按总长要求留下加工余量，然后切断。第二道工序（见图4-20（c）），用Φ12mm外圆及Φ20mm端面装夹，工序内容有：先车削包络SR7mm球面的30º圆锥面，然后对全部圆弧表面半精车（留少量精车余量），最后换精车刀将全部圆弧表面一刀精车成形。（4）按安装次数划分工序以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适用于工件的加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。如图4-21所示工件，工序一：以毛坯的粗基准定位加工左端轮廓；工序二：以加工好的外圆表面定位加工右端轮廓。图4-21轴类零件分析3、加工顺序的确定在对零件图进行认真和仔细的分析后，制定加工方案应遵循以下基本原则——先粗后精，先近后远，内外交叉，程序段最少，走刀路线最短。（1）先粗后精指按照粗车一半精车一精车的顺序，逐步提高加工精度。为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前的大部分加工余量去掉，同时尽量保证精加工的余量均匀。如图所示。（2）先近后远这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排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。例如，当加工图4-23所示零件时，对这类直径相差不大的台阶轴，当第一刀背吃刀量（图4-23中最大背吃刀量可为3mm左右）未超限度时，宜按Φ34mm-Φ36mm-Φ38mm的顺序先近后远地安排车削加工。（3）内外交叉对既有内表面（内型腔）又有外表面需要加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。4、确定刀具的走刀路线刀具的走刀路线：在数控加工中，刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向。即刀具从对刀点开始运动起，直至加工程序结束所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。确定走刀路线的总原则：在保证零件加工精度和表面质量的前提下，尽量缩短走刀路线，以提高生产率；方便坐标值计算，减少编程工作量，便于编程。对于多次重复的走刀路线，应编写子程序，简化编程。数控车床上加工零件时常用的走刀路线：（1）车圆弧的走刀路线分析实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大部分余量切除，最后才车出所需圆弧。下面介绍车圆弧常用的加工路线。图4-24为车圆弧的阶梯走刀路线。图4-25（a）为车圆弧的同心圆弧走刀路线。图4-24阶梯走刀路线车圆弧图4-25同心圆弧走刀路线车圆弧图4-27为车圆弧的车锥法切削路线即先车一个圆锥，再车圆弧。（2）车圆锥的走刀路线分析图4-26车圆锥走刀路线图4-27车锥法走刀路线车圆弧（3）车螺纹时轴向进给距离的分析图4-28切削螺纹时引入、引出距离（4）切槽的走刀路线分析车削精度不高且宽度较窄的矩形沟槽时，可用刀宽等于槽宽的车槽刀，采用直进法一次进给车出。精度要求较高的沟槽，一般采用二次进给车成，即第一次进给车槽时，槽壁两侧留精车余量，第二次进给时用等宽刀修整。车较宽的沟槽，可以采用多次直进法切割，并在槽壁及底面留精加工余量，最后一刀精车至尺寸。如图4-29所示。图4-29切宽槽的走刀路线小结：1.数控车削切削用量的选择原则、方法及主要问题2.数控车削工序划分和加工顺序安排3.确定走刀路线的原则4.数控车床常用的走刀路线作业：1.数控车削切削用量的选择原则、方法及主要问题2.数控车床常用的走刀路线分析