數(shù)控車(chē)工巧用刀偏進(jìn)行切槽加工
2025-8-6 來(lái)源： 南陽(yáng)技師學(xué)院 作者：馬春陽(yáng)
摘 要：數(shù)控車(chē)床作為現(xiàn)代高精度機(jī)械設(shè)備，其已在生產(chǎn)加工制造中得到規(guī)模化運(yùn)用，在實(shí)際制造加工期間，可靈活運(yùn)用刀偏，在保證零部件加工質(zhì)量的同時(shí)提升加工制造效率。基于此，首先闡述數(shù)控車(chē)工巧用刀偏的切槽加工要點(diǎn)，分析數(shù)控車(chē)工巧用刀偏切槽加工中的刀尖車(chē)削程序，進(jìn)一步以軸類零件為例分析數(shù)控車(chē)零件加工工藝與編程，從不同角度探討數(shù)控車(chē)床的刀偏切槽加工方法。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車(chē)工；切槽加工；刀偏
0 引言
數(shù)控車(chē)工涉及數(shù)控車(chē)床操作、數(shù)控工藝、數(shù)控編程，是借助數(shù)控車(chē)床完成制造加工工作的統(tǒng)稱。在實(shí)際生產(chǎn)制造期間，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)機(jī)械制造加工方案梳理現(xiàn)有資源，調(diào)整數(shù)控程序，更改數(shù)控編程，以此確保數(shù)控車(chē)床能夠按照既定方案完成機(jī)械制造加工方案。在數(shù)控車(chē)工加工制造期間，可巧用刀偏，使零部件加工制造過(guò)程更為靈活，繼而充分滿足不同零部件生產(chǎn)要求。
1、 數(shù)控車(chē)工巧用刀偏切槽加工要點(diǎn)
1.1 對(duì)刀方式
數(shù)控車(chē)工運(yùn)用刀偏切槽加工時(shí)，普遍借助左刀尖完成對(duì)刀，以此保障切槽位置精度。數(shù)控車(chē)工對(duì)刀期間，為實(shí)現(xiàn)對(duì)切槽刀寬度參數(shù)的控制，可于加工前期設(shè)置車(chē)槽寬度范圍。例如：若需將車(chē)槽寬度控制在 5 mm 以下，數(shù)控車(chē)工技術(shù)人員可使用槽寬低于 5 mm 的切槽刀，并沿水平方向進(jìn)刀，后取出槽車(chē)即可，若存在槽刀刀寬與槽車(chē)不相匹配的情況，技術(shù)人員可采用刀刃打磨的方式調(diào)整刀寬參數(shù)，以此確保槽刀刀寬可滿足零部件加工制造標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)嚴(yán)格控制槽刀寬度提升刀頭尺寸精度，為零部件高精度刀偏切槽加工的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)[1]。數(shù)控車(chē)工刀偏切槽加工過(guò)程中，切削刀可能發(fā)生磨損，若切削刀磨損程度超出允許范圍，則會(huì)大幅降低車(chē)槽精度，并增加刃磨難度，繼而產(chǎn)生不必要的時(shí)間成本，因此，在具體加工制造過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)具體對(duì)刀形式及切削刀狀態(tài)靈活調(diào)整數(shù)控車(chē)工流程。
1.2 槽刀模式
數(shù)控車(chē)工進(jìn)行刀偏切槽加工時(shí)，通常采用槽寬一致或低于槽寬的槽刀進(jìn)行加工，若槽刀槽寬略小，技術(shù)人員結(jié)合槽寬實(shí)際要求進(jìn)行擴(kuò)槽，若槽刀槽寬與要求一致，則水平進(jìn)刀并取出車(chē)槽即可。無(wú)論采用何種槽刀模式，均是以保障加工精度為目標(biāo)，但在實(shí)際加工中，為防止原料浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生，技術(shù)人員多運(yùn)用槽寬略小的槽刀進(jìn)行刀偏切槽加工，且該槽刀模式普遍應(yīng)用于槽寬超過(guò) 5 mm 的零部件制造加工工序中，采用借刀操作、操作接刀、反復(fù)車(chē)削的形式使槽寬逐漸符合標(biāo)準(zhǔn)。以某零部件加工制造作業(yè)為例，其數(shù)控車(chē)工刀偏切刀加工借助 HNC 數(shù)控系統(tǒng)完成，其以 #0002 刀進(jìn)行刀偏車(chē)削，快速行進(jìn)至待削槽零部件外直徑 30 mm 徑向部位時(shí)停頓 2 s，隨后徑向退刀并朝右偏移約 0.5 mm，完成上述操作后重新移動(dòng)至徑向直徑部位，于 30 mm徑向位置停頓 2 s，并退刀至換刀區(qū)域，即刻終止主軸運(yùn)動(dòng)，停止切槽加工流程[2]。不同型號(hào)規(guī)格數(shù)控系統(tǒng)的刀偏切槽流程存在差異，這就要求技術(shù)人員憑借作業(yè)經(jīng)驗(yàn)及加工條件科學(xué)設(shè)計(jì)加工程序，以此方可合理選擇槽刀模式，并保障切槽加工精度。
1.3 運(yùn)用切槽刀加工編程
技術(shù)人員運(yùn)用數(shù)控車(chē)工刀偏進(jìn)行切槽加工時(shí)，需采用編程方式控制切槽刀刀尖點(diǎn)，借助該方式確保刀尖磨損、程序更換不會(huì)降低加工精度，使槽寬尺寸仍能夠滿足零部件高精度加工標(biāo)準(zhǔn)。在切槽刀編程過(guò)程中，需確保槽刀左刀尖坐標(biāo)與槽左側(cè)底部坐標(biāo)保持一致，以此即可保障加工精度，槽刀左刀尖完成切槽切削作業(yè)后，進(jìn)一步借助槽刀右刀尖完成后續(xù)的切槽工作，而在槽刀右刀尖加工期間，需將槽右側(cè)底部坐標(biāo)作為最終切削坐標(biāo)[3]。該切槽刀切削程序編寫(xiě)設(shè)置方式不受工件加工尺寸影響，且無(wú)需考慮車(chē)刀拆卸、刀尖磨損等因素，能夠最大限度確保切削精度。
通過(guò)上述槽刀模式分析可知，刀偏切槽加工時(shí)普遍應(yīng)用槽寬較小的槽刀，并通過(guò)擴(kuò)槽方式使槽刀寬度符合精度要求，且以HNC數(shù)控系統(tǒng)為例進(jìn)行實(shí)例分析，在切槽刀編程研究期間，進(jìn)一步基于該案例進(jìn)行切槽刀編程討論，其切槽刀程序編制情況如下：M03 S600 T0202 主軸以 600 r/min 的速度正轉(zhuǎn)，選用 2 號(hào)刀 #0002 刀偏
G00 X55 Z30 快速?gòu)较蛞苿?dòng)至 X55，Z30（溝槽外圓）的位置
G01 X30 F50 沿 X 軸徑向移動(dòng) 30 mm，速度為 50 mm/min
G04 P2 暫停 2 s
G01 X55 沿 X 軸徑向退刀
G00 W0.5 切槽刀刀尖快速向右移動(dòng) 0.05 mm
G01 X30 F50 沿 X 軸徑向移動(dòng) 30 mm，速度為 50 mm/min
G04 P2 暫停 2 s
G01 X55 沿 X 軸徑向退刀
G00 X100 Z100 切削刀快速退刀至換刀點(diǎn)安全位置
M05 主軸停止
M30 程序停止
1.4 試切法
試切法是數(shù)控車(chē)工刀偏切槽加工對(duì)刀期間最為常用的方法，是切槽加工重要流程步驟。以 HNC 數(shù)控系統(tǒng)為例展開(kāi)討論，完成工件、刀具裝夾操作后主軸開(kāi)始正轉(zhuǎn)，按照 2 號(hào)刀補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)控制對(duì)刀左刀，而右刀尖則為 8 號(hào)刀補(bǔ)等非常用標(biāo)準(zhǔn)。切槽刀左刀尖為對(duì)刀操作首選，將刀架停至試刀位置，使待切零部件結(jié)構(gòu)可留下一道亮線，而切削刀則位于工件外直徑 50 mm 處，此時(shí)應(yīng)X 軸坐標(biāo)保持不變而移動(dòng) Z 軸，通過(guò)該方式測(cè)量外圓直徑，將測(cè)量所得刀具參數(shù)錄入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)，以此保證試切直徑精度[4]。此外，在數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行下能夠自動(dòng)確定刀具，此時(shí)根據(jù)工件外直 Z 軸坐標(biāo)的數(shù)據(jù)差值則可確定 X 軸偏差及工件坐標(biāo)遠(yuǎn)點(diǎn)
位置。
2、 刀尖車(chē)削程序
2.1 刀偏方式
數(shù)控車(chē)工運(yùn)用刀偏完成切槽加工過(guò)程中，應(yīng)選用適宜刀偏方式完善刀尖車(chē)削程序，受到數(shù)控車(chē)工性能、零部件加工要求的影響，不同工序環(huán)境下的刀偏方式存在一定差異。結(jié)合 HNC 數(shù)控系統(tǒng)案例，其左刀尖車(chē)削運(yùn)用 T0202 刀偏方式，而進(jìn)行右刀尖車(chē)削加工作業(yè)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)轉(zhuǎn)變刀偏方式，運(yùn)用 T0209 代替T0202，同時(shí)結(jié)合右刀尖車(chē)削實(shí)際情況構(gòu)建工件坐標(biāo)系，并編寫(xiě)右刀尖車(chē)削程序，具體如下：
G00 X55 Z30 快速?gòu)较蛞苿?dòng)至 X55，Z30（溝槽外圓）位置
G01 X30 F50 沿 X 軸移動(dòng) 30 mm，速度為 50 mm/min，
徑向退刀
G01 X55 直線插補(bǔ)，徑向進(jìn)給
G04 P2 暫停 2 s
T0209 選用 2 號(hào)刀 #0009 刀偏
G00 Z25 切槽刀快速移動(dòng)至 Z25 位置
G01 X30 F50 沿 X 軸徑向移動(dòng) 30 mm，速度為 50 mm/min，
徑向進(jìn)給
G04 P2 暫停 2 s
G01 X55 直線插補(bǔ)，徑向退刀
G00 X100 Z100 切削刀快速退刀至換刀點(diǎn)安全位置
M05 主軸停止
M30 程序停止
2.2 槽刀磨損
數(shù)控車(chē)工刀片切槽加工期間，切槽刀可能出現(xiàn)磨損，為避免切槽刀磨損而影響零部件加工制造精度，技術(shù)人員需刃磨車(chē)刀，解決切槽刀磨損問(wèn)題后將其重新安裝并繼續(xù)執(zhí)行對(duì)刀操作。按照“先左后右”的順序完成左右刀尖的對(duì)刀操作。假設(shè)切槽刀經(jīng)刃磨后刀寬由 4.5 mm 縮減至 4.4 mm，運(yùn)用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)刀時(shí)僅需在原有對(duì)刀數(shù)據(jù)基礎(chǔ)輸入新的刀寬數(shù)據(jù)，即 4.4 mm，此時(shí)更新刀寬數(shù)據(jù)即可，其余技術(shù)操作無(wú)需調(diào)整。
2.3 車(chē)削模式
若在數(shù)控車(chē)工刀偏切槽車(chē)削加工期間出現(xiàn)車(chē)刀磨損問(wèn)題，此時(shí)為確保車(chē)削模式能夠切實(shí)滿足零部件加工要求，僅需基于實(shí)際情況調(diào)整磨損量。例如：借助數(shù)控車(chē)工測(cè)量工件臺(tái)階長(zhǎng)度時(shí)，若測(cè)量數(shù)據(jù)顯示臺(tái)階為 29.90 mm，此時(shí)則證明受到磨損影響切槽刀少切約 0.1 mm，進(jìn)一步對(duì)磨損值進(jìn)行確定，發(fā)現(xiàn)磨損出現(xiàn)在切槽刀左刀尖部位，且磨損值是 0.1 mm。為應(yīng)對(duì)該現(xiàn)象，應(yīng)轉(zhuǎn)變車(chē)削模式，需對(duì) 2 號(hào)刀 #0002 切槽刀左刀尖磨損量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。若經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)切槽刀槽位準(zhǔn)確，但槽寬存有不足，假設(shè)原槽寬為 5.00 mm，當(dāng)前槽寬數(shù)據(jù)僅為 4.90 mm，受到磨損影響而槽寬減少 0.1 mm，此時(shí)可進(jìn)一步得出結(jié)論，出現(xiàn)磨損的位
置在于切槽刀右刀尖，而磨損量正是槽寬減少量，即 0.1 mm，在此情況下，可將刀偏磨損值直接記為-0.10 mm。
2.4 信息模型
數(shù)控車(chē)工的智能化、自動(dòng)化程度較高，在進(jìn)行刀偏切槽加工期間，應(yīng)盡可能發(fā)揮出數(shù)控車(chē)工的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，借助其技術(shù)功能提高切槽加工數(shù)量。在具體加工過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)總結(jié)切槽加工經(jīng)驗(yàn)，借助數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建信息模型，模型以零部件信息為基本框架，逐漸輸入刀偏切槽加工方案、其他相關(guān)零部件處理經(jīng)驗(yàn)方案等，以此完善數(shù)控信息模型，同時(shí)對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納，并在信息模型內(nèi)構(gòu)建多個(gè)模塊，如工藝分析模塊、數(shù)控代碼模擬模塊、信息傳輸模塊、數(shù)控代碼生成模塊、文件信息模塊等，以信息模型為指導(dǎo)提高刀偏切槽加工的智能化水平，并借助數(shù)控信息模型進(jìn)一步保障加工質(zhì)量。
3 、數(shù)控車(chē)工零件加工工藝與編程
3.1 工藝性分析
以某軸類零件為實(shí)例進(jìn)行數(shù)控車(chē)工刀偏切槽加工分析。軸類零件加工形面較多，包括倒角、外螺紋、外槽、圓弧、圓柱等，加工期間應(yīng)注意工藝變形及找正問(wèn)題，此時(shí)則可巧用刀偏進(jìn)行加工。工件左側(cè)具有螺紋、外槽結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致加工期間左側(cè)受力大于右側(cè)，且左側(cè)部位存在尺寸較長(zhǎng)的外圓結(jié)構(gòu)，可將其視為右側(cè)夾位，因此，在軸類零件刀偏切槽加工時(shí)，優(yōu)先加工左側(cè)，后夾住左側(cè)長(zhǎng)尺寸外圓，在此基礎(chǔ)上加工右側(cè)結(jié)構(gòu)。
3.2 數(shù)值處理
在加工之前，需計(jì)算得出工件圓錐小端直徑，公式如下：
式中，C 為錐度比，數(shù)值為 0.2；L 為圓錐長(zhǎng)度，25 mm；D 為圓錐大端直徑，30 mm。經(jīng)計(jì)算得出，工件圓錐小端直徑 d為 25 mm。按照該數(shù)值規(guī)格，加工材料選擇為 Φ55 m×120 mm 的 45# 圓鋼。
3.3 零件裝夾方案
為保證零部件加工精度，需做好零部件定位，在軸類零部件加工時(shí)，選用三爪自定心卡盤(pán)作為裝夾夾具，以此完成裝夾作業(yè)，且該裝夾既可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心又可完成同步運(yùn)動(dòng)，無(wú)需找正。此外，調(diào)頭裝夾期間，可運(yùn)用磁性表座完成工件找正工作，同時(shí)為避免夾傷還可加墊銅皮，最大限度保障零部件加工質(zhì)量。
3.4 確定加工方案
高精度零部件在加工過(guò)程中，通常需經(jīng)過(guò)粗加工、半精加工、精加工 3 道工序完成零部件加工制造。在軸類零部件中，為保障加工精度，將加工方案定為：數(shù)控車(chē)左側(cè) 35 mm 處夾住毛坯材料，校正零部件圓錐面、圓弧及外輪廓。數(shù)控車(chē)中外輪廓長(zhǎng)度為 52 mm，經(jīng)過(guò)一系列切槽操作后完成零部件各結(jié)構(gòu)（如螺紋、外槽結(jié)構(gòu)等）的加工。
3.5 刀具車(chē)削用量
（1）選用數(shù)控刀具。刀具選用結(jié)果及車(chē)削用量的確定直接影響數(shù)控車(chē)工操作結(jié)構(gòu)，在選擇數(shù)控刀具時(shí)，要求刀具能夠?qū)崿F(xiàn)便捷安裝與調(diào)整，可自動(dòng)換刀與核實(shí)定位精度，且刀具需具備較高可靠性、耐用度及剛性。在滿足加工要求基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能避免運(yùn)用墊刀片，以此保障加工效果。
（2）選用車(chē)削用量。①吃刀量。粗切削加工應(yīng)注意把控生產(chǎn)效率，吃刀量可選用較大規(guī)格，而半精切削加工及精切削加工過(guò)程中，需根據(jù)粗切削加工后的余量參數(shù)確定最終吃刀量，實(shí)際加工參數(shù)應(yīng)依據(jù)切削用量手冊(cè)、數(shù)控機(jī)床說(shuō)明書(shū)、加工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定；②吃刀深度。在符合數(shù)控加工要求前提下，吃刀深度可與加工余量保持一致，采用該方式提高加工效率；③進(jìn)給速度。通常情況下，粗車(chē)、精車(chē)的進(jìn)給速度分別處于 0.2~0.5 mm/r、0.05~0.1 mm/r 范圍內(nèi)；④主軸轉(zhuǎn)速。粗車(chē)、精車(chē)的主軸轉(zhuǎn)速適用范圍分別為 600~1000 r/min、1200~15 000 r/min。
3.6 工藝文件
為確保零部件數(shù)控加工精度與效率，在明確加工方案及加工參數(shù)基礎(chǔ)上，可編制并填寫(xiě)工藝文件，工藝文件主要為加工刀具記錄表與加工工藝卡，其中為更好地指導(dǎo)加工過(guò)程，加工刀具記錄表應(yīng)詳細(xì)記錄粗車(chē)、精車(chē)左側(cè)及右側(cè)的刀具信息。
4 、結(jié)束語(yǔ)
技術(shù)人員采用數(shù)控車(chē)床刀偏方式進(jìn)行切槽加工時(shí)，應(yīng)基于零部件加工要求確定對(duì)刀方式、車(chē)削模式，并完成切槽刀編程，應(yīng)用試切法保障加工精度。采用數(shù)控機(jī)床刀偏進(jìn)行刀尖車(chē)削切槽加工時(shí)，應(yīng)合理確定刀偏方式與車(chē)削模式，對(duì)槽刀磨損進(jìn)行控制，并搭建信息模型。此外，將數(shù)控車(chē)工刀偏槽刀加工應(yīng)用到軸類零件中時(shí)，應(yīng)做好工藝性分析及數(shù)據(jù)處理，確定零件裝夾方案、加工方案、刀具車(chē)削用量及工藝文件，以保證最終加工精度。
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