3Cr13不锈钢零件批量数控车削技巧

3Cr13不锈钢零件批量数控车削加工技巧

3Cr13是一种强度高、塑性好的中碳马氏体不锈钢材料，加工硬化倾向大、切削温度高、易粘刀、切屑不易卷曲与折断、刀具易磨损，加工困难。[1] [2]传统的研究多在普通车床上进行，侧重于对刀具和切削参数的研究。受机床本体硬件特性的影响，其研究成果的推广有很大局限性。本文从数控加工的角度出发，以3Cr13不锈钢零件避雷针头（见图1）的加工为例，

图1 避雷针头

1 加工工艺简介

零件的加工采用两道数控加工工序：工序1完成从8.9至6的外形加工，保证8.9的尺寸精度和表面质量要求；工序2处理R2圆角及其端面，定总长。由于生产纲领为5000件，安排在两台数控车床上完成。加工设备型号：CAK6136V/750 (沈阳第一机床厂)，数控系统：HNC-21T。

2 程序编制

将程序原点选定在工件轴线与工件前端面的交点上，以工序1的编程为例编制加工程序如下（见程序清单）。该程序选用两把可转位机夹车刀：外圆刀刀杆型号：MDJNR2020-K1506 ，刀片：DNMG150604-HM CC115；切刀刀杆型号：ZQ2020R-04，刀片：ZQMX3N11-1E YBC251。在综合考虑机床、刀具和材料等方面的因素下，选择粗加工时吃刀深度ap=1.2 mm，进给速度F=88 mm/min ，主轴转速n=800 r/min；精加工时，ap=0.2 mm，进给速度F=60mm/ min，主轴转速n=1200r/min。程序的编制体现了以下技巧：

（1）编制N06 G00X17Z2，切削循环起点靠近工件，可减少空行程，缩短进给路线。

（2）编制N10 G81 X-0.5能确保零件端面车削完整，防止由于对刀或装夹中的误差造成进刀量不足而在端面留下小的尾钉。

（3）编制N12G71U1.2R5，退刀量取5mm可防止在倒锥（最大直径相差4mm）加工中的刀具干涉。

（4）针对不锈钢材料加工中刀具易磨损严重的情况，编制N14刀具T01磨损补偿子程

序%0001。“；”的使用可使磨损补偿在加工过程中应用灵活，作用类似于FANUC系统中的跳段标识符“／”，确保零件的加工质量。

（5）零件切断时，切刀切至2.5时工件一般便会掉下，编制N48 G01 X2 F18 而不用G01 X-0.5，可减少加工时间，提高加工效率。

（6）在批量生产中，N56 G00X8Z1的编制为后续工件的装夹提供方便，使工件的装夹迅速，节约大量辅助加工时间。

程序清单：

%1234；

N02 T0101；调刀并建立工件坐标系

N04 M03S800；主轴正转，粗加工转速

N06 G00X17Z2；切削循环起点

N08 M08；切削液开

N10 G81 X-0.5Z0 F40；端面车削简单循环，进给量

N12 G71U1.2R5P20Q30X0.2Z0.1F88；外径车削复合循环加工，粗加工进给量

N14 ；M98P0001；调用磨损补偿程序

N16 M03 S1200 F60；精加工转速和进给速度

N20 G00G42X2.9；精加工开始段号

N22 G01X8.9Z-1；

N24 Z-10；

N26 X14；

N28 W-5；

N30 X6Z-30；精加工结束段号

N32 M05；

N34 M09；

N36 G40G00X17；取消刀具补偿

N38 Z50；

N40 T0202；

N42 M03S300；

N44 G00X17Z-33；刀宽为3mm

N46 M08；

N48 G01X2F18；零件切断

N50 G00X17；

N52 Z50；

N54 T0101；

N56 G00X8Z1；为批量加工创造条件

N58 M05；

N60 M30；

%0001；磨损补偿程序

N110 GOOX17Z50；换刀点，方便测量

N120 M05；主轴停转

N130 MO0；程序暂停

N140 T010l；修改刀具磨损值

N150 GO X17Z2 M08；返回循环起点

N160 M99；返回主程序

3 零件加工

3.1装夹技巧

（1）工件装夹前，必须先把工件外表、三爪卡盘卡爪清理干净，以防零件夹偏、夹歪。 工件装夹时，毛坯伸出卡盘右端面的长度也应尽量小，以提高整体刚性，防止加工振动。因为三爪卡盘三个伞齿装夹工件的精度并不一样，且其中有一个伞齿装夹工件的精度既稳定又高，所以应选择在该卡爪上施力。

（2）车刀刀片安装时，不应随意使用套管等增大力矩，以免螺钉因预应力过大而造成刀体报废。

（3）车刀安装时，刀头伸出刀架的长度应尽量小，伸出过长会引起刀具振动，降低切削用量；对中心高时尽量使用一块厚的刀垫，这比使用几片薄刀垫好，后者加工过程中容易产生振动；应均匀拧紧固定螺栓，预应紧力也不应太大，防止车刀安装不准确。

避雷针的加工中，工件悬长为36mm，车刀刀头伸出长度为30mm。由于卡盘中心高为20.8mm，选择6mm厚的刀片与20×20的刀杆组合中心高略高出中心线0.2 mm，易于排屑，且无需垫铁。

3.2对刀技巧

对刀的目的是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。对刀过程一般是从各坐标方向分别进行，目前多用试切法对刀。对刀数据处理的好坏将直接影响到加工零件的精度。在多刀作业时，应根据零件的技术要求，灵活采用对刀方式。一般有以下技巧：

（1）外圆刀一般承担最多的加工任务，因此要首先试切，并将试切长度和与试切直径的结果输入到对应刀偏寄存器中。为保证端面车削质量，一般应设置试切长度值为0.1mm左右。后续其它刀具对刀时的试切长度应以此为参照。

（2）切刀在加工中多承担切槽和切断的任务，切槽的位置和零件的总长为重要检测指标，因此首先要确保对Z方向的刀偏值准确，并用增量×1档方式试切端面得到刀偏值；X方向的刀偏值则用目测法快速完成（螺纹退刀槽或砂轮越程的槽深尺寸精度要求一般不高），[4][3]

可提高对刀速度，且不影响加工质量。

（3）螺纹加工时，螺纹大、小径是重要检测指标，因此首先要确保对X方向的刀偏值准确，并用增量×1档方式试切外圆得到刀偏值，Z方向的刀偏值则用目测法快速完成（螺纹加工编程中有进退刀量，故Z向误差对螺纹旋合长度值影响小），既缩短对刀时间，又不影响使用效果。

3.3 加工技巧

（1）首件试切时，要想保证尺寸精度，应该在粗加工结束后安排暂停指令测量尺寸，修改刀偏值再进行精加工。可在程序清单中将N14；M98P0001中的“；”号去掉，使T01刀具的磨损补偿程序生效。当避雷针粗加工结束后，程序执行N130 MO0时暂停，此时刀具位于X17Z50处，便于工件进行测量。测量完毕，将测量结果输入刀具磨损补偿中，若测量结果偏大，磨损补偿值为负，反之为正。磨损补偿添加后，按循环启动键继续加工，程序执行N140 T010l时将刀具磨损补偿带入精加工中，确保零件的加工质量。当完成2-3件产品加工后，刀具进入正常磨损期，为节约时间，可将程序清单中N14行中的“；”号加上，使T01刀具的磨损补偿程序失效。

（2）首件加工完成后，需要更换工件。由于毛坯为16×1000mm的棒料，故将刀具停在N56 X8Z1位置处，利用T01刀头左侧面作长度方向的定位粗基准，用一块厚度略小于1mm的刀垫作为塞尺来调整工件从卡爪中伸出的长度，可迅速实现工件更换，不需要再次对刀便可重新加工。

（3）批量加工初期，操作者应在每件加工完毕后测量其外径尺寸8.9，统计刀具的磨损情况。随着刀具的磨损，8.9的正偏差应逐渐加大。当零件的偏差超过中值时，在加工下一工件前的辅助时间内，可将刀具磨损补偿值输入机床，不必在加工中测量、修改，效率更高。当刀具进入急剧磨损期时，应更换刀位点。此时刀尖磨损明显，加工零件突然有较大偏差。注意每次更换刀位点后要将磨损补偿值清零。

避雷针的加工中，每刀位点可加工零件约50件，每刀片加工零件约200件，每件零件加工工时约2min，每完成10-15件零件加工后要将刀具磨损补偿值在负方向累加0.01mm。 4 结束语

在数控机床应用日益广泛的今天，探索数控加工技巧可更好发挥数控技术的优点，有助于更好解决普通车削加工中的难点。本文从数控加工的角度出发，探讨了3Cr13不锈钢零件避雷针在数控加工中的工艺、编程和加工方面的技巧，寻求更简洁、高效的数控编程与加工方法，以提高生产效益，供大家参考与借鉴。

参考文献：

[1] 樊琳等. 3Cr13马氏体不锈钢的加工[J]. 苏州大学学报,2006 (12)：47 -49

[2] 董必辉. 不锈钢加工用刀具切削参数选择分析[J]. 机械制造与自动化,2007(12)：91-93

[3] 焦红卫. 数控车床刀具损坏的原因及对策研究[J].机械工程师,2009 (11)：115-116

[4] 陈洪涛. 数控加工工艺与编程[M].北京:高等教育出版社.2008.4

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d8e4.html