復雜溝槽車削加工工藝分析
2022-12-26 來源：江蘇科技大學工程訓練中心 作者：洪超
摘要：分析車削加工溝槽類零件加工工藝，解析數控車床各種溝槽加工指令，比較G75、G73、G72指令加工溝槽的特性，總結G72指令編程加工時的注意事項。結合加工實例，闡明G72指令車削復雜溝槽零件的加工工藝和編程方法。G72加工復雜溝槽的獨特效能證明，選擇合適的加工工藝和方法，靈活運用編程令，是高效加工和綠色制造的重要途徑。
關鍵詞：復雜溝槽；加工方法；G72指令；加工效率
1、序言
溝槽形狀零件是車削加工中常見的產品，不同類型溝槽的加工工藝設計是保證零件加工精度的關鍵。零件加工過程是根據零件圖樣要求，對溝槽類型進行識別與分析，確定溝槽類型，進行加工工藝編排、加工路線軌跡設計、加工程序編寫及刀具、量具準備等。零件加工工藝的選擇直接影響到加工零件質量和加工效率。
在車床加工過程中，會遇到各種溝槽類零件，例如軸肩位置的溝槽加工、內孔臺階的溝槽加工等。一般會選擇切槽刀來完成這種普通溝槽類零件的加工，但遇到復雜溝槽零件（帶有斜槽或槽肩，槽根處有倒角、倒圓角或圓弧組成的溝槽面的零件）時，由于普通車床加工溝槽一般采用成型刀，其具有剛性且刃磨困難，所以當溝槽深且窄或槽邊為曲線時，使用普通車床就難以加工。數控車床則是按照零件的表面軌跡進行編程，使用通用刀具，刀具的刀尖按編程軌跡進行加工，特別是圓弧和錐面的加工，普通車床無法比擬。
2、數控車削加工復雜溝槽
2.1 加工工藝
數控加工時首先要編制加工程序，FANUC數控系統是數控車床實際生產加工中使用最廣泛的系統。加工零件程序編制時，常用循環指令有G71、G72和G73，加工使用時比較簡單。在生產加工中，溝槽加工也是數控車削常見的加工類型之一，加工中會遇到各種形狀的溝槽。在FANUC數控系統中，切削溝槽常使用G75循環指令，但是G75只適合切削簡單的直溝槽。當加工需一次完成斜槽或者槽肩和槽根處有倒角、倒圓角的復雜槽型時，G75指令就不再適用。
G73指令可加工復雜溝槽，但由于加工時刀具是沿工件表面輪廓層層深入加工，所以空行程很多，加工效率較低。宏程序也可加工復雜溝槽，但編程復雜，使用不方便。而G72指令卻可以簡單方便地實現復雜溝槽加工。
2.2 G72指令簡介
FANUC系統數控車床G72指令是端面復合循環加工指令，主要用于盤類零件的加工，是軸向進給、徑向切削的端面加工循環指令。G72指令的功能根據加工工件、刀具的不同，其加工范圍也不同。在實際生產中，通常采用切削刃平行于軸線的90°偏刀，對軸向尺寸精度要求相對較高、對徑向尺寸精度要求較低，零件輪廓外形單調遞增或單調遞減，對直徑相差較大的盤套類零件毛坯進行車削加工。內孔和長度短、直徑差大的零件端面則采用刀刃平行于軸線的鏜孔刀加工。從指令定義上G72指令與溝槽加工無任何關系，但是G72指令切削方向與溝槽的切削方向相同，而且它可以進行曲面輪廓的描述加工。同樣，對于內環槽的加工也可以采用循環指令。綜上所述，G72指令加工特點符合復雜溝槽加工需求，可以選用。
2.2 刀具選擇
溝槽加工刀具不能使用外圓車刀，而應選擇切槽刀。切槽刀一般用于切斷或切槽的加工，且切槽刀的兩個刀尖都可加工工件，它具有軸向切削強度差、徑向切削性能好的特點。切斷刀的寬度與刀具的強度、切削時的切削阻力有關。刀具寬度較大時，刀具強度高，軸向切削性能較好，但徑向切削阻力大。刀具寬度較小時，軸向切削性能差，徑向切削力小。所以切槽刀在加工時應選擇合適的寬度，以滿足加工需要，同時盡量縮短刀具的長度，刀具長度比槽深長3～4mm即可。切斷刀的兩個副偏角必須對稱，主切削刃應平直且粗糙度較高，以保證加工工件的外徑尺寸和加工表面的粗糙度。
2.3 編程軌跡選擇
G72指令的粗加工切削軌跡路線為從右到左、退刀至工件端面的安全處。精車路線是從左到右、自大直徑到小直徑，這樣可加工因大直徑差預留的軸向加工余量。精、粗加工的起點、終點不同，粗、精加工圓弧指令程序的順逆圓正好相反。系統規定精加工程序的第一個程序段只能沿Z方向進刀，不能出現X軸的運動指令。G72指令加工時可使用正反兩個方向加工溝槽，編程和加工既簡單又方便，縮短了加工時間，提高了生產效率。
2.4 退刀量選擇
用G72指令編寫切槽加工程序時，Z軸方向不能有退刀量，并且不留精車Z向的余量，因此G72指令中的R值和第二行中的W值必須為0。在編寫精車輪廓時，切斷刀是左右兩個刀尖加工，對刀是以左刀尖對刀，加工溝槽時，槽右側由右刀尖加工。必須考慮到切槽刀的寬度，加工長度應減去刀具的寬度。
2.5 切削用量選擇
加工時背吃刀量的大小選用一定要慎重。采用切斷刀加工時，背吃刀量過大，殘留余量就較大，精加工時軸向切削力大，刀具加工時會變形甚至損壞，影響加工質量；背吃刀量過小，加工效率就低。應根據不同的加工材料和刀具，選擇合理的背吃刀量。由于是選用切斷刀加工，所以應選用較小的進刀速度和合理的切削速度。加工時使用冷卻液，以保證排屑和冷卻正常。
3、加工實例
3.1 特殊形狀零件
特殊形狀零件如圖1所示。由于是非單調遞增的輪廓，所以應首先考慮使用G73來編制加工程序。但加工時刀具沿工件表面輪廓運動，空行程很多，加工效率極低，加上G73運行軌跡是采用切槽刀的副刀刃來加工的，這樣就暴露了切槽刀本身強度差的問題，每次加工的背吃刀量必須很小，極大地影響了加工效率。使用G72指令加工時，刀具幾乎沒有空行程，其運行軌跡完全符合切槽刀所擅長的徑向進給切削方式，提高了零件的加工效率。
a）二維示意
b）三維造型
圖1特殊形狀零件
3.2 加工刀具和切削用量選擇
為了保證刀具的強度，車刀伸出比槽深長3～5m m。裝刀時保證主刀刃與工件軸線平行，即主刀刃與工件外圓平行。加工零件材料為硬鋁LY12，加工刀具為切槽刀（刀寬4mm），安裝在4號刀位。粗車轉速為550r/min，精車轉速為750r/min；粗車進給量為0.05mm/r，精車進給量為0.05mm/r，背吃刀量為2mm。
3.3 加工程序
4、結束語
在機械機床加工過程中，加工零件復雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千變萬化，加上材料、批量等多方面因素的影響，在對具體零件制定加工工藝時，應該進行具體分析和區別對待，靈活處理。通過上述分析，可以清楚認識到，零件加工方法很多，正確選擇加工工藝和方法，熟練掌握和運用指令，不但可以加工常規或非常規的各種結構形式零件，甚至能創造性地運用到一些特殊零件上，解決一些較難的加工問題，實現高效加工和綠色制造。
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