谈谈数控车削中缩短加工时间的实践与分析

伯特利数控陈生

零件的加工时间主要由机动时间和辅助时间组成，我们无论对什么零件进行数控加工，都要从这两方面入手，从各个工艺细节进行详细的设计及从编程中考虑，以达到多方面减少单个零件的总加工时间，以提高生产率

台虎钳丝杠零件图及技术要求

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改进前车削工艺 加工程序和单件加工时间

图1为我校利用数控车床为某厂加工的台虎钳丝杠，月产量要求为100件，属批量生产，由2台数控车床负责加工

考虑到零件的使用要求和生产成本，毛坯采用Φ22×185的圆钢（45号钢材质）

车削工艺过程为：

1 ） 用三爪卡盘装夹毛坯外圆Φ22mm，伸出端长30 mm，用45°外圆车刀手动车端面，用中心钻手动钻中心孔A2/4.25

2 ）用一夹一顶的方法装夹，用90°外圆车刀自动车削Φ20mm和Φ12mm 外圆，Φ20mm 车至尺寸，Φ12mm 留直径余量1mm，Φ20mm 外圆长度车过左端2mm，Φ12mm 外圆长度车至尺寸

3 ）调头，用三爪卡盘装夹Φ12mm 外圆，用45°外圆车刀手动车端面，控制总长为180mm （留精车球头1mm 余量）

4 ） 用尖刀自动粗车 SΦ18mm圆弧及R3mm 圆弧轮廓，留0.8mm 直径余量

5 ）用尖刀自动精车SΦ18mm圆弧及R3mm圆弧轮廓至尺寸

6 ）用45°外圆车刀手动对Φ20mm 外圆左端倒角0.5×45°

7 ）用锉刀和砂布修整成形面

8 ） 调头，用三爪卡盘装夹Φ20mm 外圆，另一端用顶尖支承，用90°外圆车刀自动精车Φ12mm 外圆部分和梯形螺纹牙顶外圆至尺寸，并对右端倒角2×45°

9 ）用30°螺纹车刀自动粗 精车梯形螺纹

10 ）用45°外圆车刀手动对Φ20mm 外圆右端倒角0.5×45°台虎钳丝杠车削工艺与加工程序分析及改进措施数控车削加工时间的减少，主要从机动时间和辅助时间这两方面入手

3.1 球头成形面的加工分析和改进办法

SΦ18mm 圆弧及R3mm圆弧轮廓采用尖刀用G73指令进行粗车和精车 由于毛坯为棒料，非与球形相近的锻造毛坯，因此粗车切削层较复杂，切削量大，要分12次走刀，并产生许多空刀程，消耗较多切削时间

要解决这一问题，主要是解决粗车效率问题 如果使用成形刀进行粗车，将会大大提高切削效率，但由于批量不是很大，从总体成本来说不合算 最终我们采用的粗车方案是在普通车床上用直线刀刃车刀逼近法加工，使其形状接近成形面，减少G73走刀次数（改为2次），并且刀具刃磨简单 图2为逼近法粗车示意图 在普通车床上的四方刀架上分别安装1号刀 2号刀和3号刀，加工首件时在每把刀调整好轴向位置后在床身上刻好线，径向走刀到位后在中拖板上刻好线，以后加工每一件时，只要通过刻线控制控制每把车刀的轴向位置和走刀位置，保证成形面的粗加工轮廓有一定的准确度，并能获得较高的效率 虽然这道工序占用了一些时间，但由于在走G73时节约了较多的时间，从总体上来说，还是起到了缩短加工时间的作用

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另外，成形面的修光工序比较耗时，是否可以直接通过改善精车的表面质量来达到无需修光的目的呢？我们通过减小精车球面的进给量进行了试验，结果表面质量还是不理想 分析原因，主要是硬质合金车刀的刃口不能做到很锋利，在很小的进给量下不能切下薄的切削层，而是产生挤刮，从而使表面粗糙度值较大 我们后来改用高速钢尖刀用0.1mm/r的进给量进行车削，由于进给量小，高速钢易磨得锋利，获得了好的表面质量，不用锉刀和砂布进行抛光 进给量减少得不多，对切削时间影响较小

3.2 细长轴切削用量分析和改进办法

背吃刀量大会产生较大的径向力，对加工细长轴是不利的 而在粗车时适当增大进给量，对加工细长轴影响不大 对Φ12mm 外圆的粗车，要分四次走刀，如果我们增大一些进给量，切削时间会减少较多

我们进行了试验，将进给量从0.25mm/r增大到0.32mm/r，粗车正常

3.3 Φ12mm外圆的精车的改进

Φ12mm 外圆和牙顶精度要求较高，我们起初从粗精分开的原则考虑，在粗车完后，等球面加工完后才进行精车，造成两次调头装夹，使辅助时间较多 其实，我们在数控车床上进行加工，粗车的背吃刀量取得比普车要小，而且数控机床加工精度较高，零件可以在粗车完后立即进行精车

因此，我们将加工工艺过程改为：车端面打中心孔 粗车Φ20mm 和 Φ12mm外圆 （G71 ） 精车Φ20mm 和Φ12mm外圆 梯形螺纹齿顶外圆 倒角（G70 ） 粗精车梯形螺纹（ G76 ）调头 粗精车圆弧（ G73 G70 ） （圆弧粗形已在普车上车好）改进后只要进行一次调头，减少了安装时间

3.4 对刀方法的改进

Z方向由于工件没有轴向定位安装，每件加工时要对Z方向进行对刀，占用时间较多 由于本加工零件的轴向尺寸精度要求不高，我们改用将刀具通过执行G00Z0的方式移动到工件坐标系的原点位置，在安装毛坯或工件时，将端面轻靠在车刀的刀尖上，从而实现工件的准确定位 此方法简便快捷，但精度不是很高，适宜于长度方向尺寸要求不高的对刀

改进前后的单件加工时间对比

通过以上四方面的工艺改进，单件加工时间缩短了，加工时间节约了22分钟 虽然单件加工时间缩短的不是很多，但对于批量较大的情况下，将会产生明显的经济效果

结论

从台虎钳丝杠加工方案的改进，我们可以得出以下结论：

1 ） 数控加工艺在某些特殊情况下，不一定是最合理的工艺方案，有时传统的加工方法可能效率更高 如台虎钳丝杠的球面粗车加工如果选用G73的走刀路线，就会使得加工时间很长，而采用成形刀粗车或直线刀逼近法粗车，效率反而会高 因此，采用什么车削方法，不要被数控车削的G指令的走刀方式约束，要从毛坯情况 表面形状 精度要求 生产批量等各方面综合考虑 有时，最传统的方法可能是最好的方法

2 ）一个零件的所有车削工序，不一定要全部安排在数控车床上进行 对一些手动车削的工序，可安排在普通车床上完成，这样可使得在数控车床能使加工更加连续，充分发挥数控机床自动加工的优势，获得高的加工效率 如本丝杠的车端面 打中心孔 粗车球面等工序，都可安排在普通车床上进行

3 ）考虑到粗精分开 先粗后精的工艺原则时，一般要在粗车和精车间插入其他工序，以实现时间差来达到降温从而保证精车精度的目的 这样做的后果，可能会造成工件要调头装夹，使加工效率降低 数控机床精度较高，只要做到粗精分开 先粗后精，在粗车后马上进行精车，也容易保证车削精度

4 ）对刀方法也要从生产批量 毛坯状况 精度要求出发进行选择，在保证精度的前提下，尽量采取简便快捷的对刀方法

5 ）数控机床的切削用量的选择原则与在普通机床上加工的选择原则是相同的，但在具体数值上的选择上还可以有较大的变化 如在数控车床上，一般粗车的背吃刀量选得比在普车上小一些，精车的余量可略大一点；进给量可选择较普车上大些 高速小切深大进给将成为数控加工工艺的趋势，这是由数控机床本身的特点所决定的

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