复杂沟槽车削加工工艺分析
2022-12-26 来源：江苏科技大学工程训练中心 作者：洪超
摘要：分析车削加工沟槽类零件加工工艺，解析数控车床各种沟槽加工指令，比较G75、G73、G72指令加工沟槽的特性，总结G72指令编程加工时的注意事项。结合加工实例，阐明G72指令车削复杂沟槽零件的加工工艺和编程方法。G72加工复杂沟槽的独特效能证明，选择合适的加工工艺和方法，灵活运用编程令，是高效加工和绿色制造的重要途径。
关键词：复杂沟槽；加工方法；G72指令；加工效率
1、序言
沟槽形状零件是车削加工中常见的产品，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。零件加工过程是根据零件图样要求，对沟槽类型进行识别与分析，确定沟槽类型，进行加工工艺编排、加工路线轨迹设计、加工程序编写及刀具、量具准备等。零件加工工艺的选择直接影响到加工零件质量和加工效率。
在车床加工过程中，会遇到各种沟槽类零件，例如轴肩位置的沟槽加工、内孔台阶的沟槽加工等。一般会选择切槽刀来完成这种普通沟槽类零件的加工，但遇到复杂沟槽零件（带有斜槽或槽肩，槽根处有倒角、倒圆角或圆弧组成的沟槽面的零件）时，由于普通车床加工沟槽一般采用成型刀，其具有刚性且刃磨困难，所以当沟槽深且窄或槽边为曲线时，使用普通车床就难以加工。数控车床则是按照零件的表面轨迹进行编程，使用通用刀具，刀具的刀尖按编程轨迹进行加工，特别是圆弧和锥面的加工，普通车床无法比拟。
2、数控车削加工复杂沟槽
2.1 加工工艺
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使用最广泛的系统。加工零件程序编制时，常用循环指令有G71、G72和G73，加工使用时比较简单。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，切削沟槽常使用G75循环指令，但是G75只适合切削简单的直沟槽。当加工需一次完成斜槽或者槽肩和槽根处有倒角、倒圆角的复杂槽型时，G75指令就不再适用。
G73指令可加工复杂沟槽，但由于加工时刀具是沿工件表面轮廓层层深入加工，所以空行程很多，加工效率较低。宏程序也可加工复杂沟槽，但编程复杂，使用不方便。而G72指令却可以简单方便地实现复杂沟槽加工。
2.2 G72指令简介
FANUC系统数控车床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、径向切削的端面加工循环指令。G72指令的功能根据加工工件、刀具的不同，其加工范围也不同。在实际生产中，通常采用切削刃平行于轴线的90°偏刀，对轴向尺寸精度要求相对较高、对径向尺寸精度要求较低，零件轮廓外形单调递增或单调递减，对直径相差较大的盘套类零件毛坯进行车削加工。内孔和长度短、直径差大的零件端面则采用刀刃平行于轴线的镗孔刀加工。从指令定义上G72指令与沟槽加工无任何关系，但是G72指令切削方向与沟槽的切削方向相同，而且它可以进行曲面轮廓的描述加工。同样，对于内环槽的加工也可以采用循环指令。综上所述，G72指令加工特点符合复杂沟槽加工需求，可以选用。
2.2 刀具选择
沟槽加工刀具不能使用外圆车刀，而应选择切槽刀。切槽刀一般用于切断或切槽的加工，且切槽刀的两个刀尖都可加工工件，它具有轴向切削强度差、径向切削性能好的特点。切断刀的宽度与刀具的强度、切削时的切削阻力有关。刀具宽度较大时，刀具强度高，轴向切削性能较好，但径向切削阻力大。刀具宽度较小时，轴向切削性能差，径向切削力小。所以切槽刀在加工时应选择合适的宽度，以满足加工需要，同时尽量缩短刀具的长度，刀具长度比槽深长3～4mm即可。切断刀的两个副偏角必须对称，主切削刃应平直且粗糙度较高，以保证加工工件的外径尺寸和加工表面的粗糙度。
2.3 编程轨迹选择
G72指令的粗加工切削轨迹路线为从右到左、退刀至工件端面的安全处。精车路线是从左到右、自大直径到小直径，这样可加工因大直径差预留的轴向加工余量。精、粗加工的起点、终点不同，粗、精加工圆弧指令程序的顺逆圆正好相反。系统规定精加工程序的第一个程序段只能沿Z方向进刀，不能出现X轴的运动指令。G72指令加工时可使用正反两个方向加工沟槽，编程和加工既简单又方便，缩短了加工时间，提高了生产效率。
2.4 退刀量选择
用G72指令编写切槽加工程序时，Z轴方向不能有退刀量，并且不留精车Z向的余量，因此G72指令中的R值和第二行中的W值必须为0。在编写精车轮廓时，切断刀是左右两个刀尖加工，对刀是以左刀尖对刀，加工沟槽时，槽右侧由右刀尖加工。必须考虑到切槽刀的宽度，加工长度应减去刀具的宽度。
2.5 切削用量选择
加工时背吃刀量的大小选用一定要慎重。采用切断刀加工时，背吃刀量过大，残留余量就较大，精加工时轴向切削力大，刀具加工时会变形甚至损坏，影响加工质量；背吃刀量过小，加工效率就低。应根据不同的加工材料和刀具，选择合理的背吃刀量。由于是选用切断刀加工，所以应选用较小的进刀速度和合理的切削速度。加工时使用冷却液，以保证排屑和冷却正常。
3、加工实例
3.1 特殊形状零件
特殊形状零件如图1所示。由于是非单调递增的轮廓，所以应首先考虑使用G73来编制加工程序。但加工时刀具沿工件表面轮廓运动，空行程很多，加工效率极低，加上G73运行轨迹是采用切槽刀的副刀刃来加工的，这样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，极大地影响了加工效率。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切槽刀所擅长的径向进给切削方式，提高了零件的加工效率。
a）二维示意
b）三维造型
图1特殊形状零件
3.2 加工刀具和切削用量选择
为了保证刀具的强度，车刀伸出比槽深长3～5m m。装刀时保证主刀刃与工件轴线平行，即主刀刃与工件外圆平行。加工零件材料为硬铝LY12，加工刀具为切槽刀（刀宽4mm），安装在4号刀位。粗车转速为550r/min，精车转速为750r/min；粗车进给量为0.05mm/r，精车进给量为0.05mm/r，背吃刀量为2mm。
3.3 加工程序
4、结束语
在机械机床加工过程中，加工零件复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料、批量等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工工艺时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。通过上述分析，可以清楚认识到，零件加工方法很多，正确选择加工工艺和方法，熟练掌握和运用指令，不但可以加工常规或非常规的各种结构形式零件，甚至能创造性地运用到一些特殊零件上，解决一些较难的加工问题，实现高效加工和绿色制造。
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