在数控加工中,刀具的刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。所谓“刀位点”是指刀具对刀时的理论刀尖点。如车刀、镗刀的刀尖;钻头的钻尖;立铣刀、端铣刀刀头底面的中心,球头铣刀的球头中心等。

编程时,加工路线的确定原则主要有以下几点:

(1)加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度,且效率较高;

(2)使数值计算简单,以减少编程工作量;

(3)应使加工路线最短,这样既可减少程序段,又可减少空刀时间。

确定加工路线时,还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况,确定是一次走刀,还是多次走刀来完成加工。

1.最短的切削加工路线

车削进给路线越短,越能有效地提高生产效率,降低刀具的损耗等。图4-5所示为粗车几种不同切削进给路线的安排示意图。其中图4-5(a)表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿着工件轮廓进行进给的路线;图4-5(b)为利用其程序循环功能安排的“三角形”进给路线;图4-5(c)为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”进给路线。

对以上三种切削进给路线,经分析和判断后可知“矩形”进给路线的进给长度总和最短。因此,在同等条件下,其切削所需时间(不含空行程)最短,刀具的损耗最少。

图4-5　粗车进给路线示例

2.大余量毛坯的阶梯切削加工路线

图4-6所示为车削大余量工件两种加工路线,图4-6(a)是错误阶梯切削路线,图4-6(b)按1～5的顺序切削,每次切削所留余量相等,是正确的阶梯切削路线。因为在同样背吃刀量的条件下,按图4-6(a)的方式加工所剩的余量过多。

图4-6　大余量毛坯的阶梯切削路线

3.完整轮廓的连续切削进给路线

在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时,其零件的完整轮廓应由最后一刀连续加工而成,这时,加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当,尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿,以免因切削力突然变化而造成弹性变性,致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。

4.特殊的加工路线

在数控车削加工中,一般情况下,Z 坐标轴方向的进给运动都是沿着负方向进给的,但有时按其常规的负方向安排进给路线并不合理,甚至可能车坏工件。

例如,当采用尖形车刀加工大圆弧内表面零件时,安排两种不同的进给方法如图4-7所示,其结果也不相同。对于图4-7(a)所示的第一种进给方法(负Z 走向),因切削时尖形车刀的主偏角为100°～105°,这时切削力在X 向的较大分力Fp将沿着图4-7(a)所示的正X 方向作用,当刀尖运动到圆弧的换象限处,即由负Z、负X 向负Z、正X 变换时,吃刀抗力Fp与传动横托板的传动力方向相同,若螺旋副间有机械传动间隙,就可能使刀尖嵌入零件表面(即扎刀,如图4-8所示),其嵌入量在理论上等于其机械传动间隙量e。即使该间隙量很小,由于刀尖在X 方向换向时,横向拖板进给过程的位移量变化也很小,加上处于动摩擦与静摩擦之间呈过渡状态的拖板惯性的影响,仍会导致横向拖板产生严重的爬行现象,从而大大降低零件的表面质量。

对于图4-7(b)所示的第二种进给方法,因为尖刀运动到圆弧的换象限处,即由正Z、负X 向正Z、正X 方向变换时,吃刀抗力Fp与丝杠传动横向拖板的传动力方向相反,不会受螺旋副机械传动间隙的影响而产生嵌刀现象,所以图4-7(b)所示进给方案是较合理的。

图4-7　两种不同的进给方法

图4-8　嵌刀现象

5.车削螺纹加工路线(www.daowen.com)

(1)引入量与切出量的确定

在数控机床上车螺纹时,沿螺距方向的Z 向进给应和机床主轴的旋转保持严格的速比关系,因此应避免进给机构加速或减速过程中的切削。为此要有引入距离δ1和超越距离δ2。如图4-9所示,δ1和δ2的数值与机床拖动系统的动态特性有关,与螺纹的导程和螺纹的精度有关。其数值可由主轴转速和螺纹导程来确定:

式中　n——主轴转速(r/min);

P——螺纹的导程(mm)。

一般δ1为2～5mm,对大螺距和高精度的螺纹取大值;δ2一般取δ1的1/4左右。若螺纹收尾处没有退刀槽时,收尾处的形状与数控系统有关,一般按45°退刀收尾。

图4-9　车削螺纹时引入距离

(2)螺纹大径、小径的计算

螺纹牙型高度是指在螺纹牙型上,牙顶到牙底之间垂直于螺纹轴线的距离。如图4-10(a)所示,它是车削时车刀总切入深度。

图4-10　螺纹牙型高度与进刀切削方法

根据GB/T 197—2003 螺纹相关国家标准的规定,普通螺纹的牙型理论高度H ＝0.866P,实际加工时,由于螺纹车刀刀尖半径的影响,螺纹的实际切深有变化。根据GB/T 197—2003规定螺纹车刀可在牙底最小削平高度H/8处削平或倒圆。则螺纹实际牙型高度可按下式计算:

式中　H——螺纹原始三角形高度,H ＝0.866P(mm);

P——螺距(mm)。

所以螺纹大径d1和小径d2可用下式计算:

式中　d ——螺纹公称径尺寸(mm);

d1——螺纹大径(mm);

d2——螺纹小径(mm)。

(3)螺纹进刀方式与进刀次数的确定

如果螺纹牙型较深、螺距较大,可分几次进给。每次进给的背吃刀量用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得的差按递减规律分配,如图4-10(b)所示。常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量可参考表4-1选取。在实际加工中,当用牙型高度控制螺纹直径时,一般通过试切来满足加工要求。

表4-1　常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量　单位:mm