数控车床加工工艺进给路线的研究

李瑞斌

（太原理工大学阳泉学院，山西 阳泉 045000）

在数控机床车床加工中，加工进给路线，也就是走刀路线，是指数控机床在加工过程中刀具刀位点的运动轨迹和方向，即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工进给路线，不仅包括了工步的内容，而且也反映出工步的顺序，是编写数控加工程序的依据之一。加工路线的确定，首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面品质，其次要考虑数值计算简单，走刀路线要尽量短，这样既可以减少程序段，又可以减少空刀时间，提高加工效率。

此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次进给，还是采用多次进给，来完成整个加工过程。实现合理的加工进给路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析总结，必要时辅助一些简单的计算。

1 巧设对（换）刀点

对刀点，就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点，又称为程序起点或起刀点，数控加工过程中常常需要换刀，为了避免换刀时碰伤工件，编程时要设置一个换刀点，换刀点可以是某一个固定点，也可以是任意一点。在编程时，合理选择“对刀点”和“换刀点”的位置，则可以有效缩短刀具在对刀和换刀过程中的空行程距离，提高加工效率。

如图1所示采用矩形循环加工方式进行粗车时的进给路线，考虑精车换刀方便，图1（a）中换刀点与起刀点重合，设在距离毛坯较远的A点位置，图1（b）则是将起刀点与对刀点分离，并设于图B点位置，两者加工进给路线相同。在相同的背吃刀量下，显然按图1（b）方式加工刀具空行程时间要比图1（a）短。

图1 巧设对（换）刀点

2 最短的切削进给路线

数控车削加工过程中，如何使刀具进给路线最短，可以有效地条生产效率，降低刀具的损耗等。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚度及加工的工艺性等要求。

2.1 沿外形轮廓车削进给路线安排

图2 粗车进给路线示例

如图2所示为3种粗加工时，不同切削进给路线的安排，图2（a）表示利用数控系统具有的封闭式符合循环功能控制刀具，沿着工件轮廓进行进给路线，图2（b）利用程序循环功能安排三角形进给路线，图2（c）利用其矩形循环功能安排的矩形进给路线。

从以上3种切削进给路线，经分析和判断后可知，矩形进给路线的进给总长度和最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间最短，刀具的损耗最少。

2.2 车圆锥加工路线分析

数控车床上车外圆锥，假设圆锥大径为D，小径为d，锥长为L，车圆锥的加工路线如图3所示。

图3 车锥加工路线分析

图3（a）中加工路线与轮廓线平行，加工路线短，切削均匀，效率高，但需要计算锥距S，以确定B点坐标值。由三角形关系

图3（b）中加工路线为斜线，加工不需要计算锥距S，只要确定背吃刀量ap就可以，编程方便简单，但每次切削背吃刀量ap是变化的而且加工路线相对较长。

2.3 加工凹弧进给路线分析

如图4所示，数控车床加工凹弧时常用的进给路线有同心圆法、等径法、三角形法和梯形法等数种方法，其中程序段数最少的，为同心圆及等径法；走刀路线最短，为同心圆，其次是三角形、梯形法、等径法；计算最简单，为等径法其次为同心圆法、三角形法、梯形法；切削效率最高，切削力分布最合理为梯形法；精车余量最均匀为同心圆法。通过以上分析可以得出，数控车床在加工凹弧时，一般选用同心圆法。

图4 车凹弧加工路线分析

3 大余量毛坯的阶梯切削进给路线

如图5所示为车削大余量工件的两种加工路线，（a）图是错误的阶梯切削路线；图（b）按 1～5的顺序切削，每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线。因为在相同的背吃刀量的条件下，（a）图的方式加工所剩的余量过多。

图5 大余量毛坯的阶梯切削加工路线分析

4 车削螺纹加工路线

数控机床车螺纹时，沿螺距方向的Z向进给，应和数控机床主轴的旋转保持严格的速度比关系，因此应避免在进给机构加减速过程中的切削。为此要有引入距离 δ1和超越距离 δ2。如图 6所示，δ1和 δ2的数值与机床拖动系统的动态特性有关，与螺纹的导程和螺纹的精度有关。其数值可由主轴转速和螺纹导程来确定：

式中，

n为主轴转速（r/min）；

P为螺纹导程（mm）。

一般δ1为2～5mm，对大螺距和高精度的螺纹取最大值；δ2一般取δ1的1/4左右。若螺纹收尾处没有退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一般按45°退刀收尾。

图6 车削螺纹时引入、超越距离

5 结束语

数控车床的加工中，根据实际情况，在保证加工品质的前提下，合理安排进给路线，使加工程序具有最短的进给路线，不仅可以简化程序编制节省整个加工过程的执行时间，还可以减少一些不必要的刀具磨损以及机床消耗。在实际加工中应注意分析、研究、总结，不断积累经验，提高指定加工方案的水平，对实现优质、高效生产具有重要意义。

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