数控车床切槽加工工艺分析

数控车床切槽加工工艺分析

张敏 杨鹏 李维

中车株洲电力机车有限公司 湖南省株洲市 412000

［摘要］切槽刀主要用在卧式和立式车床、回轮和转塔车床、自动和半自动车床、数控车床上的切槽加工，也可用于切断、切左右断面、倒角等工序。切槽过程中，切削区排屑困难、冷却不足、刃宽较窄（通常刀头宽度B≈0.6d，式中d为被切工件直径，单位为mm）、刀头厚度小而伸出臂长，其强度、刚性、散热及切削条件差，当切削接近工件中心时，实际工作后角变为负值，切削力较开始时显著增大，常会引起振动、挤压、“扎刀”或打刀等现象。本文主要探讨加工各种槽型时切刀的选择、加工工艺及装夹。

[关键词]  切槽刀  加工工艺  程序编制  装夹

[前言]一般沟槽类型分为：外圆沟槽、内孔沟槽和端面沟槽。外圆沟槽最容易加工，因为重力和冷却液可以帮助排屑。此外，外圆沟槽加工对于操作者是可见的，可以直接和相对容易地检查加工质量。但也必须避免工件设计或夹持中的一些潜在障碍。一般来说，当切槽刀的刀尖保持在略低于中心线的位置时，切削效果最好。内孔切槽与外圆径切槽比较类似，不同之处在于冷却液的应用和排屑更具有挑战性。

一、切槽加工工艺特点

（1）切槽刀进行加工时，一个主刀刃二个副刀刃同时参与三面切削，被切削材料塑性变形复杂、摩擦阻力大，加工时进给量小、切削厚度薄、平均变形大、单位切削力增大。

（2）切削速度在槽加工过程中不断变化，特别是在切断加工时，切削速度由最大一直变化至零。切削力、切削热也不断变化。

（3）在槽加工过程中，随着刀具不断切入，实际加工表面形成阿基米德螺旋面，由此造成刀具实际前角、后角都不断变化，使加工过程更为复杂。

（4）切深槽时，因刀具宽度窄，相对悬伸长，刀具刚性差，易振动，特别容易断刀。

二、切槽加工需要注意的问题

（1）安刀具的刀尖一定要与工件旋转中心等高，且安装必须是两边对称，否则在进行深槽加工时会出现槽侧壁倾斜，严重时会断刀。内孔切槽刀选择时需要综合考虑内孔的尺寸与槽的尺寸，并综合考虑刀具切槽后的退刀路线，严防刀具与工件碰撞。

（2）对于宽度值不大，但深度值较大的深槽零件，为了避免切槽过程中由于排屑不畅，使刀具前面压力过大出现扎刀和折断刀具现象，应采用分次进刀方式，刀具在切入刀具一定深度后，停止进刀并退回一段距离，达到断屑和退屑的目的。

（3）若以较窄的切槽刀加工较宽的槽型，则应分多次切入。

（4）注意合理安排切槽进退刀路线，避免刀具与零件相撞。进刀时，宜先Z 方向进刀再X 方向进刀，退刀时先X 方向退刀再 Z 方向退刀

（5）切槽时，刀刃宽度、切削速度和进给量都不宜选太大，并且需要合理匹配，以免产生振动，影响加工质量。

（6）选用切槽刀时，要正确选择切槽刀刀宽和刀头长度，以免在加工中引起振动等问题。具体可根据以下经验公式计算：

刀头宽度a≈（0.5 －0.6）d（d为工件直径）

刀头长度L = h +（2～3）   （h为切入深度）

三、常见槽形的加工工艺及程序编制

（一）窄槽加工

1、槽加工基本指令

（1）直线插补指令（G01）

（2）进给暂停指令（G04）

1）指令格式

G04 P__；或G04 X__；或G04 U__；或G04；

2）指令说明

①G04为非模态G代码。

②G04延时时间由代码字P、X或U指定，P值单位为毫秒（ms），X、U单位为秒（s）。

3）注意事项

①当P、X、U未输入时，表示程序段间准确停。

②当P、X、U指定负值时，表示暂停时间为0。

③P、X、U在同一程序段，P有效；X、U在同一程序段，X有效。

④G04代码执行中，进行进给保持的操作，当前页面下方显示暂停，但G04计时没有停止，当计时时间到时，光标停留到下一段程序。

（二）简单凹槽的加工

（1）注意凹槽切削前起点与工件间的安全间隙。

（2）凹槽加工的进给率通常较低。

（3）简单凹槽加工的实质是成形加工，刀片的形状和宽度与凹槽的形状和宽度一样，这也意味着使用不同尺寸的刀片就会得到不同的凹槽宽度。

（三）宽槽加工

1、应用G94加工宽槽

2、应用G75指令加工宽槽

指令格式
G75R(e);
G75X(U)Z(W)P(Δi)Q(Δk)R(Δd)F_;
式中，e：径向(X轴)退刀量(单位为mm),半径值,无符号;
X:切削终点的X向绝对坐标;
U:切削终点相对切削起点的X向增量坐标;

Z：切削终点的Z 向绝对坐标;

W：切削终点相对切削起点的Z 向增量坐标;

Δi：径向（X 轴）进刀时，X 轴断续进刀的进刀量（不带符号，单位为μm）；

Δk：单次径向切削循环的轴向(Z 轴) 进刀量(不带符号, 单位为μm）；

Δd：切削至径向切削终点后, 轴向(Z 轴) 的退刀量, Δd 的符号总是正的；

F：进给速度。

四、刀具的选择与装夹

正确选择和使用刀具将决定加工的成本效益。切槽刀具可以以两种方式加工出工件几何形状：一是通过一次切入加工出整个槽形；二是通过多次切入分步粗加工出沟槽最终尺寸。在选择刀具几何形状后，可以考虑采用能提高排屑性能的刀具涂层。

切槽刀装夹时不能伸出刀架太长，在满足车削的情况下，尽可能伸出短些。因为车刀伸出过长，刀杆刚性相对减弱，容易产生振动，使车出的工件表面光洁度差，且容易出现振刀或者打刀的现象，一般切槽车刀伸出的长度比槽深多2～3mm。

五、采用正确的加工顺序

合理规划最佳加工顺序需要考虑多种因素，如工件强度在沟槽加工前后的变化，因为先对沟槽进行加工后，工件的强度会降低。这可能会促使操作者在下一道工序中采用低于最佳值的进给量和切削速度，以减小颤振，而降低切削参数可能会导致加工时间延长、刀具寿命缩短和切削性能不稳定。另一个需要考虑的因素是，下一道工序是否会将毛刺推入已加工好的沟槽中。作为一种经验法则，可以考虑在完成了外径和内径车削后，首先从距离刀具夹头最远的点开始加工，然后加工沟槽和其他结构特征。

六、切削液的选择

切削液的正确应用意味着为切槽刀片与工件接触的切削点提供充足的切削液。切削液起着双重作用为切削区降温和帮助排屑。在加工盲孔内径沟槽时，提高切削点处的切削液压力对于改进排屑非常有效。对于一些难加工材料（如高韧性、高粘性材料）的沟槽加工，高压冷却具有明显优势。

水溶性油基冷却液的浓度对于难加工材料的沟槽加工也至关重要。虽然典型的冷却液浓度范围为3%－5%，但为了提高冷却液的润滑性，并为刀尖提供保护层，也可以试验一下提高冷却液浓度（最高到30%）的效果。

七、结束语

本文通过对切槽刀的刀具选用、加工工艺、程序编制及注意事项等多方面综合分析，制定了可行的工艺保障措施，能有效地解决切槽时遇到的加工问题，避免排屑困难、冷却不足、刃宽较窄、强度、刚性、散热及切削条件差而引起的振动、挤压、“扎刀”或打刀等现象，能很好地保证产品质量符合设计图样要求，奠定了切槽加工工艺基础。

【参考文献】

1. 《高级车工工艺与技能训练》晏丙午.主编，中国劳动社会保障出版社.2005。

2.《数控机床车削加工直接编程技术》孔德茂.主编，机械工业出版社.2005。

3.《数控机床编程与操作》（第二版）劳动和社会保障部教材办公室编写