复杂沟槽车削加工工艺和编程方法分析

1.前言

沟槽零件是车削加工中的常见产品，不同类型沟槽的加工工艺设计是保证零件加工精度的关键。加工工艺根据零件图纸要求，识别分析坡口类型，确定坡口类型，安排加工工艺，设计加工路线和轨迹，编制加工程序，准备刀具和量具等。加工工艺的选择直接影响加工零件的质量和效率。

在车床加工的过程中，我们会遇到各种槽类零件，比如轴肩的槽加工，内孔台阶的槽加工。一般选择切槽刀来完成这类普通槽类零件的加工，但遇到复杂槽类零件(槽根处有滑槽或槽肩及由倒角、圆角或圆弧组成的槽面的零件)，由于普通车床一般用成型刀加工槽，刚性大，不易刃磨，当槽深窄或槽边弯曲时，用普通车床很难加工。数控车床是根据零件的表面轨迹进行编程，使用通用刀具，刀具的刀尖按照编程的轨迹进行加工，尤其是圆弧和圆锥面的加工，是普通车床无法比拟的。

2、数控车削复杂凹槽

2.1加工技术

数控加工时，首先要编制加工程序。FANUC数控系统是数控车床实际生产加工中应用最广泛的系统。零件编程时，常用的循环指令有G71、G72、G73，加工和使用都比较简单。在生产加工中，沟槽加工也是数控车削常见的加工类型之一，加工中会遇到各种形状的沟槽。在FANUC数控系统中，G75循环指令常用于切割沟槽，但G75只适用于切割简单的直沟槽。加工槽肩和槽根有倒角和圆角的斜槽或复杂槽时，G75指令不再适用。

G73指令可以加工复杂的凹槽。但由于刀具沿工件表面轮廓逐层进行深度加工，空行程多，加工效率低。宏程序也可以加工复杂的坡口，但编程复杂，使用不方便。然而，G72指令可以简单方便地实现复杂的沟槽加工。

2.2 G72指令介绍

FANUC数控车床的G72指令是端面复合循环加工指令，主要用于盘类零件的加工，是轴向进给和径向切削的端面加工循环指令。根据工件和刀具的不同，G72指令的功能也不同，其加工范围也不同。在实际生产中，通常使用切削刃平行于轴线的90°偏置刀具，这种刀具对轴向尺寸精度要求相对较高，径向尺寸精度要求较低，零件轮廓单调增减，从而车削直径差较大的盘套零件毛坯。长度短、直径差大的零件的内孔和端面用刀片平行于轴线的镗刀加工。从指令的定义来看，G72指令与坡口加工无关，但G72指令的切削方向与坡口方向相同，可以用来描述曲面轮廓。同样，循环指令也可以用于内圈沟槽的加工。综上所述，G72指令的加工特点满足复杂槽加工的需要，可以选择。

2.2工具选择

应选择槽型刀具代替外圆车刀。开槽刀一般用于切割或开槽，开槽刀的两个刀尖都可以加工工件。具有轴向切削强度差，径向切削性能好的特点。刀具的宽度与刀具的强度和切割时的切割阻力有关。刀具宽度大时，刀具强度高，轴向切削性能好，但径向切削阻力大。当刀具宽度较小时，轴向切削性能较差，径向切削力较小。因此，插齿刀应选择合适的宽度以满足加工需要，同时尽量缩短刀长，比槽深长3 ~ 4mm。切割刀的两个副偏角必须对称，主切削刃应平直、粗糙度高，以保证被加工工件的外径和加工表面的粗糙度。

2.3编程轨道选择

G72指令粗加工的切削路径路线从右向左，回到工件的安全端面。精加工路线是从左到右，从大直径到小直径，这样就可以加工出因直径差大而预留的轴向加工余量。精加工和粗加工的起点和终点不同，但粗加工和精加工的圆弧指令程序正好相反。根据系统规定，精加工程序的第一个程序段只能沿Z方向进给，不能出现X轴的运动指令。G72指令可用于加工正反两个方向的凹槽。编程加工简单方便，缩短了加工时间，提高了生产效率。

2.4退刀量的选择

用G72指令编写开槽程序时，Z轴方向不能有退刀，精车Z方向不能有余量。因此，G72指令中的R值和第二行中的W值必须为0。编写精车轮廓时，切削刀具由左、右刀尖加工，对刀以左刀尖为准。加工凹槽时，凹槽的右侧由右刀尖加工。切槽刀的宽度必须考虑在内，加工长度应从刀的宽度中减去。

2.5切削参数的选择

加工的时候一定要慎重选择背吃刀量。使用刀具进行加工时，背吃刀量过大，残留余量大，精加工时轴向切削力大，加工时刀具会变形甚至损坏，影响加工质量；如果背切量太小，加工效率就会低。根据加工材料和刀具的不同，选择合理的背吃刀量。因为是用切割刀进行加工，所以要选择小的进给速度和合理的切削速度。加工时，使用冷却液以保证正常排屑和冷却。

3.加工实例

3.1特殊形状的零件

特殊形状的零件。因为是非单调递增的轮廓，所以在编制加工程序时应该首先考虑G73。但加工时刀具是沿着工件表面轮廓运动的，空行程多，加工效率极低。另外，G73运行轨迹是由切槽刀的辅助刀片加工的，这就暴露了切槽刀本身强度差的问题，每次加工的背吃刀量必须很小，大大影响了加工效率。使用G72指令加工时，刀具几乎没有空行程，其运行轨迹完全符合槽刀擅长的径向进给切削方式，提高了零件的加工效率。

3.2加工工具和切削参数的选择

为了保证刀具的强度，车刀的延伸长度比槽深长3 ~ 5 mm。装刀时，确保主刀片与工件轴线平行，即主刀片与工件外圆平行。零件的加工材料为硬铝LY12，加工刀具为开槽刀具(宽度4mm)，安装在4号刀位。粗车速度为550转/分，精车速度为750转/分；；粗进给速度为0.05mm/r，精进给速度为0.05mm/r，背进给速度为2mm。

3.3加工程序

4.结束语

在机械机床的加工过程中，被加工零件复杂多样，尤其是轮廓曲线的形状和位置千变万化。另外，由于材料、批次等因素的影响，在制定具体零件的加工工艺时，要具体分析，区别对待，灵活处理。通过以上分析，我们可以清楚地认识到零件的加工方法有很多种。如果正确选择加工工艺和方法，熟练掌握和使用指令，不仅可以加工各种结构形式的常规或非常规零件，还可以创造性地应用到一些特殊零件上，解决一些加工难题，实现高效加工和绿色制造。