侯巖濱

（渤海船舶職業(yè)學院，遼寧葫蘆島125005）

0 前 言

數(shù)控車床廣泛用于回轉曲面、圓弧面、多臺階軸等工件的加工[1]. 數(shù)控車床與普通車床相比在加工復雜零件，特別是由圓弧或非圓曲線構成的工件時，非常方便，而且具有很強的適應性，零件的加工精度也很高，產(chǎn)品的生產(chǎn)率也隨之增強，同時對于大型的復雜型面的加工也更加方便快捷. 由于科技不斷發(fā)展，要求配套的產(chǎn)品也更加復雜化，其形狀也越來越復雜，精度要求也越來越高，與普通機床相比，數(shù)控車床無疑占據(jù)了絕對的優(yōu)勢. 數(shù)控機床在生產(chǎn)率和精度方面遠好于一般機床[2-3]，尤其是圓弧加工就更加的體現(xiàn)了數(shù)控車床的優(yōu)點. 但是在操控技術上給我們提出更高的要求，尤其在實際加工大圓弧時，如果加工工藝的選擇不合理或缺少合適數(shù)控程序的話，往往給加工帶來誤差. 實際研究表明，合理的刀具的選用、工藝的分析、程序編制都會提高其加工的精度.

1 數(shù)控車削的刀具的合理選用對于大直徑圓弧的加工有重大的影響

1）數(shù)控車削常用的車刀

數(shù)控刀[4]具要求很強的切削能力，同時具備良好的精度、足夠的剛性，既要裝夾調整方便，也要耐用度高.

在尖形車刀、圓弧形車刀這兩種刀具中，數(shù)控機床在進行圓弧加工中多采用的是尖形車刀。不僅是精車采用，在一般的零件的圓弧粗加工時都可選用. 數(shù)控機床在選用尖形車刀進行零件加工時，不僅要注意到尖形車刀的強度，還應考慮車刀刀具的主、副偏角的大小，以避免加工零件時車刀產(chǎn)生加工干涉. 如果產(chǎn)生干涉，就會影響加工精度. 但是，在大圓弧的加工中，使用圓弧形車刀進行的車削效果就比尖形車刀好. 但加工時需要注意的是，圓弧形車刀的刀刃形狀必須是線輪廓度或圓度誤差很小的圓弧.

2） 數(shù)控加工大圓弧時減小刀具刀尖圓弧半徑對加工的影響

雖然尖形車刀的刀尖刃磨成一定半徑的圓弧過渡刃可提高刀尖的強度， 并對提高工件的表面品質有益. 但由于刀尖圓弧半徑的存在，使得刀具運行軌跡與被加工零件的表面形狀產(chǎn)生一定的差異[5]，由此會引起被加工零件的徑向和軸向尺寸誤差，從而影響零件的加工精度. 因被加工零件的表面形狀各不相同，所以產(chǎn)生的問題也各不相同. 因此，在精加工圓弧時必須盡可能的控制其刀尖圓弧半徑的大小及其圓度誤差，然后通過計算刀具的修正值給予修正. 而計算刀具的修正值和控制刀刃的圓度誤差是比較困難的事情，故精加工時常采用盡可能小的刀尖圓弧半徑，以彌補圓弧半徑對精加工產(chǎn)生的影響.

3） 加工大圓弧時刀尖中心高誤差對車削加工的影響

在任何情況下加工零件表面時，都應盡量減小刀尖中心高誤差，因為刀尖中心高會影響車削加工精度. 為了改善刀尖中心高誤差對車削加工的影響，可采用如下的方法來進一步消除刀尖中心高誤差的影響:應盡量采用標準化車刀或專門刃磨后的車刀，如刀尖等高的方刀體及不重磨車刀等，還可采用斜面錯齒可調墊塊或平行的標準墊片進行調整等.

2 加工大直徑圓弧的數(shù)控車削的工藝方法

1）車錐法

先車圓錐，切掉過多的余量，最后一刀走圓弧的路線切削圓弧從而成型.

2）圓弧層次切削法

（1）保持圓弧始點、終點均處于不變位置，只改變半徑R. 在零件加工一個凸圓弧， 如圖1 所示.其KJ 段的加工是采用過兩點作圓弧， 半徑越小曲率越大的原則進行處理. 因此在切削凸圓弧時，可以固定始點和終點， 通過把半徑R 由小逐漸變大至規(guī)定尺寸進行加工. 但要注意，圓弧半徑最小不得小于成品圓弧弦長的一半.

（2） 改變圓弧始點、終點坐標，但保證半徑R不變. 在零件上要加工一個凹圓弧AB 段， 如圖1所示. 此時，為了合理分配車刀的吃刀量，進一步保證加工質量，就需要采用等半徑圓弧遞進切削.

（3） 對圓弧始點、終點坐標進行改變，同時，也使半徑R 產(chǎn)生相應的變化.

圖1 圓弧層次切削

在零件右端加工一個半球，如圖1 所示. 為了保證加工精度，在該種情況下，走刀軌跡的半徑R必須要等于上次走刀半徑R 與Z（或X）方向的變化量ΔZ（ΔX）之差.

3 數(shù)控車床在加工大圓弧時其程序的編制方法

程序的編制，對于數(shù)控加工尤為重要. 但由于每個人的加工方法不盡相同，其編制加工程序也會因此而不同，但只要能有效的提高數(shù)控車床的生產(chǎn)效率，保證加工零件的精度. 那么此程序就是好的程序. 如何使程序更加合理？ 選擇合理的加工路線尤為重要.

1）分析零件圖樣、進行數(shù)學處理

（1）標注尺寸換算. 將圖樣上的尺寸基準、尺寸換算為編程坐標系中的尺寸，再進行下一步數(shù)學處理. 分析加工輪廓的幾何條件：主要目的是針對圖樣上不清楚尺寸及封閉的尺寸鏈進行處理.

（2） 尺寸鏈解算. 弄清重要尺寸的允許變動量，通過解尺寸鏈達到.

（3） 基點和節(jié)點的計算. 基點的計算暴扣每條運動軌跡的起點或終點在選用坐標系中的各坐標值和圓弧運動軌跡的圓心坐標值. 節(jié)點計算由計算機完成[6-7].

2）合理確定加工大圓弧的走刀路線

合理的確定走刀路線是數(shù)控加工程序編制的重點[8]. 在加工大圓弧時也是如此，由于精加工切削程序走刀路線基本上都是沿其零件輪廓順序進行的，所以可以按照圓弧走刀. 粗加工時的走刀路線確定及空行程的走刀路線確定需要重點考慮.加工路線是指刀具從對刀點開始運動起，直到返回該點并結束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、切出等非切削空行程. 保證走刀路線最短可以節(jié)省整個加工過程的工作時間，還能減少一些刀具磨損及機床進給機構滑動部件的消耗. 具體方法有：

（1）階梯法. 如圖2（b）所示，車削大余量工件的兩種路線按1-5 的順序切削，每次切削所留余量相等，是正確的階梯切削路線.

（2） 雙向法. 根據(jù)數(shù)控機床的加工特點，如圖2（c）還可以采用依次從軸向和徑向進給，順零件毛坯輪廓切削進給路線.

圖2 走刀路線

（3）特殊法. 當采用尖形車刀加工大直徑圓弧內表面零件時，安排兩種不同的進給方法，其結果不一樣，圖3（a）所示因切削時尖形車刀的主偏角為100°～105°， 這時切削力在X 方向的較大分力F將沿著圖3（a）所示的正X 方向作用. 當尖刀運動到圓弧的換象限處，即由負Z、負X 向負Z、正X 變換時，吃刀抗力FP與傳動橫滑板的傳動力方向由原來相反變?yōu)橄嗤?若螺旋副間有機械傳動間隙的，就有可能扎刀，如圖3（c）所示. 對于圖3（b）所示的第二種進給方法， 因為尖刀運動到圓弧的換象限處，即由負Z、負X 向正X、正Z 變換時，吃刀抗力FP與絲杠傳動橫滑板的傳動力方向相反，不會出現(xiàn)嵌刀現(xiàn)象. 所以圖3（d）的進刀方案較為合理[9-10].

3）加工大圓弧時，合理調用G 命令可以使程序段最少

圖3 尖形車刀的進給

構成加工程序的各條程序即為程序段[11]，程序段的含義是指按照每個單獨的幾何要素 （即直線、斜線和圓弧等）分別編制出相應的加工程序，用最少的程序段數(shù)實現(xiàn)對零件的加工，提高編程工作的效率，減少出錯的幾率，從而達到優(yōu)化程序的目的.程序段減少，但必須要兼顧走刀路線最短. 這是因為數(shù)控車床裝置普遍具有直線和圓弧插補運算的功能，除了非圓弧曲線外，程序可以由構成零件的幾何要素及由工藝路線確定的各條程序得到.

4 結 論

實際加工大圓弧時，由于圓弧尺寸較大，給加工帶來了諸多困難，如果加工不合理，會造成生產(chǎn)率低，精度也低的問題[12-13]. 為了改變此狀況，就要從上述幾個方面考慮： 合理的選用圓弧形車刀、采用車錐法及圓弧層次切削法的加工工藝、合理的編制程序. 這樣才會減少誤差，提高生產(chǎn)率.

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