數(shù)控車在加工溝槽時刀路的優(yōu)化和分析

(常州劉國鈞高等職業(yè)技術學校，江蘇 常州 213025)

在數(shù)控車溝槽的加工中，使用切槽指令G75進行徑向切削時，切削力大、排屑困難、尺寸難以保證，這些問題不及時處理就會對刀具和機床造成損傷。本文主要研究如何在CAXA數(shù)控車的基礎上修改切槽刀路來改善這些問題[1-3]。

1 傳統(tǒng)外圓溝槽的加工刀路分析

1.1 傳統(tǒng)溝槽的粗加工原理

溝槽粗加工時使用編程指令G75，其刀路如圖1所示。

G75的加工方式是徑向切削完一個刀寬的長度，接著退出工件外面，軸向移動一個距離，再進行徑向切削直到加工完畢，這是傳統(tǒng)的槽加工方法，存在如下問題，首先是第一刀切削，刀具的兩個切削刃和刀面都受力，如果槽的位置遠離卡盤且切削量大，則刀具負荷過重，磨損加快，工件也會因此而晃動甚至飛出；其次是刀具為徑向加工，切屑朝著刀具的加工方向排出，沒有空間存放切屑，這會導致切屑纏住刀具和工件表面，損壞刀具和劃傷工件表面；最后是G75的加工方式是單向的，刀具磨損不均[4-5]。

圖1 溝槽粗加工刀路

1.2 傳統(tǒng)溝槽的精加工原理

溝槽精加工時使用直線插補命令G01，其刀路如圖2所示。

使用G01直線插補進行精加工，其加工刀路是先徑向加工槽的一個側(cè)面，接著軸向加工槽的底徑，最后徑向加工槽的另一側(cè)面。這其中存在的問題是最后進行槽的另一側(cè)面加工時，切槽刀是用刀具的側(cè)面加工，該側(cè)面沒有主切削刃鋒利，而且在切削過程中刀具和工件作相互運動，工件的受力方向由刀具的引角(設定為5°)決定，它會產(chǎn)生反作用力，反作用力可分解成水平和垂直的分力，對應數(shù)控車的軸向分力和徑向分力，如圖3所示，這會直接導致工件出現(xiàn)彈性形變，特別是在余量只有幾百微米甚至是幾十微米時，考慮到刀尖圓弧和機床間隙的情況下，刀具會在工件表面產(chǎn)生“滑移”現(xiàn)象，槽的側(cè)面會出現(xiàn)錐度，如果工件材料韌性高，錐度會更明顯，這對于一些精度要求比較高的零件無法保證產(chǎn)品質(zhì)量。

圖2 溝槽精加工刀路

圖3 溝槽精加工的工件受力分析

1.3 溝槽的傳統(tǒng)粗精加工缺陷

(1)溝槽傳統(tǒng)粗加工加工缺陷：①第一刀切削力過大；②切削時排屑困難，不利于加工；③刀具切削方向是單向的，刀具磨損不均；④切削速度慢，加工效率低。

(2)溝槽傳統(tǒng)精加工加工缺陷：①加工最后一個側(cè)面時刀背切削，出現(xiàn)錐度；②槽的兩個側(cè)面加工方向不同，尺寸不容易加工到位。

2 優(yōu)化后外圓溝槽加工刀路分析

打開CAXA數(shù)控車2013，進行外圓溝槽加工，里面加工方向有兩種，一種是縱深，一種是橫向，CAXA的溝槽加工方向如圖4所示。

圖4 CAXA的溝槽加工方向

縱深切削為之前G75的切削方式，CAXA的溝槽橫向切削刀路如圖5所示。

橫向切削是先徑向切入一個深度，這個深度不能過深，單邊最多為1 mm；接著軸向加工槽；最后加工槽的側(cè)面，然后退刀。

CAXA的這種加工方式也存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：①徑向切入時的切削速度和軸向加工的切削速度不一致，但在CAXA里卻是一致的，此問題必須得到解決；②CAXA里軸向加工的方向一直是單向的，這會使刀具磨損不均。

圖5 CAXA的溝槽橫向切削刀路

2.1 溝槽粗加工刀路優(yōu)化

針對CAXA外圓溝槽加工存在的問題，粗加工刀路優(yōu)化如圖6所示。

圖6 外圓溝槽粗加工刀路優(yōu)化

切槽刀徑向切入一個值(比如0.3)，f為0.03；軸向向卡盤方向加工，f為0.1；再切入一個值，f為0.03；軸向遠離卡盤方向加工，f為0.1；直至加工結(jié)束。這樣的加工方式不僅可以解決切削力大、排屑困難的問題，刀具磨損也較均勻，在此基礎上還可以提高轉(zhuǎn)速，使切削力變得更小。此外，也可以提高軸向切削速度。

2.2 溝槽精加工刀路優(yōu)化

切槽的精加工刀路問題在CAXA里并沒有改變，尺寸精度還是存在問題，我們對其進行優(yōu)化，如圖7所示。

圖7 外圓溝槽精加工刀路優(yōu)化

對精加工刀路進行分析，刀具首先徑向切削槽的一個側(cè)面，然后進行軸向切削加工槽的底徑，接著斜方向退刀，徑向退刀，軸向進刀，最后徑向切削加工槽的另一側(cè)面。這樣的精加工方式將刀背切削變成了刀刃切削，減少了加工時反作用力的影響，保證了加工精度，平衡了刀具的磨損。

3 小結(jié)

數(shù)控車外圓溝槽的粗精加工刀路優(yōu)化，解決了刀具切槽粗加工時切削力過大、排屑困難等問題，平衡了刀具磨損，而且還可以提高加工的切削速度，提升了加工效率；解決了刀具切槽精加工時無法保證尺寸精度的問題。需要注意的是在粗加工時，軸向切削對刀具的要求較高，刀具的剛性要好。