车削加工中圆弧车刀的干涉问题
一、问题的提出 在普通车床的车削加工中，圆弧的车削通常是采用手工凭经验进行车削的方法来完成，或者用定型车刀进行车削（如图1所示）。前者很难保证力口工精度；后者对刀具的要求比较高，主要是刀具的形状需要与工件的形状完全吻合。对于小批量多规格的生产，刀具的制造成本高。
随着数控技术的快速发展，对于轴类零件的圆弧形轮廓，人们采用数控车床对其进行加工，而使用的刀具为普通外圆车刀（如图2所示），取得了一定的效果。用这种加工方法加工的圆弧形外廓的走刀轨迹很准确，但其加工的型面位置受到一些限制，加工的型面只能是第二象限的型面（车床只能够加工第一、二象限的圆弧型面），如果是跨象限的型面就有可能在第一象限内受到刀具后角的干涉（如图3所示）而产生废品。 
数控车床与普通车床相比具有适应性强，加工精度高，生产效率高，能完成复杂型面的加工等特点。随着新产品的开发，其形状越来越复杂，精度要求也越来越高，无疑要充分发挥数控车床的优点。圆弧加工就体现了数控车床的优点。但是，在实际加工大圆弧时，由于加工工艺的选择不当或缺少辅助计算工具常常出现编程困难，重者出现异常加工误差。对此引起了我的注意，通过长期的试切实验，证明应用下面方法在圆弧编程中思路简单，加工出的零件精度高。下面我以几种常见零件为例与大家一起讨论。 二、圆弧分层切削法 （1）圆弧始点、终点均不变，只改变半径R 如图4所示，在零件加工一个凸圆弧，根据过两点作圆弧，半径越小曲率越大的原则，因此在切削凸圆弧时，可以固定始点和终点把半径R由小逐渐变大至规定尺寸。但要注意，圆弧半径最小不得小于成品圆弧弦长的一半。
N10 G01 X40 Z-5 F0.3； N20 G03 X40 Z-25 R10.2 F0.2； N30 G00 X53； N40 Z-5； N50 G01 X40 F0.3； N60 G03 X40 Z-25 R12 F0.2； N70 G00 X53； N80 Z-5； N90 G01 X40 F0.3； N100 G03 X40 Z-25 R16 F0.1 。 （2）圆弧始点、终点坐标变化，半径R不变 如图5所示，在零件上加工一个凹圆弧，为了合理分配吃刀量，保证加工质量，采用等半径圆弧递进切削，编程思路简单。
N10 G01 X54 Z-30 F0 .3； N20 G02 X60 Z-33 R10 F0 .2； N30 G00 X54 Z-30； N40 G01 X48 F0.3 ； N50 G02 X60 Z-36 R10 F0.2； N60 G00 X48 Z-30； N70 G01 X42 F0.3 ； N80 G02 X60 Z-39 R10 F0.2； N90 G00 X42 Z-30； N100 G01 X40 F0.3； N110 G02 X60 Z-40 R10 F0.1； （3）圆弧始点、终点坐标，半径R均变化 如图6所示，在零件一端加工一个半球，在该种情况下，走刀轨迹的半径R等于上次走刀半径R与Z（或X）方向的变化量X）之差。
N10 G01 X0 Z10 F0.3； N20 G03 X60 Z-20 R30 F0.2 ； N30 G00 Z6； N40 X0； N50 G03 X60 Z-20 R26 F0.2； N60 G00 Z2； N70 X0； N80 G03 X60 Z-20 R22 F0.2 , N90 G00 Z0； N100 X0； N110 G03 X60 Z-20 R20 F0.1； 三、先锥后圆弧法 该方法是先把过多的切削余量用车锥的方法切除掉，最后一刀走圆弧的路线切削圆弧成型，如图7所示。
N10 G01 X102 Z-30 F0.3； N20 G90 X100 Z-50 I-5 F0.2； N30 I-10； N40 I-15； N50 I-20； N60 G01 X60 Z-30 F0.3； N70 G02 X100 Z-50 R20 F0.1； 当是凸圆弧时，可根据几何知识算出ab段的长度，然后再车锥，最后车弧，如图8所示。
db=1.414R+R=0.414R ab=1.414*db=0.585R 留取一部分精加工余量，则ab取0.5R， ab=bc 根据1中的方法先加工出锥形，然后再精车圆弧。 四、结束语 在数控加工中，往往机床操作者也是零件切削程序的编制者，这就要求编制的程序工艺简单，调整方便，加工精度高等。在操作现场没有CAD制图软件、计算机等辅助计算工具时，采用上述方法编程切削圆弧可大大减少计算量。思路简单，工艺得体，延长刀具的使用寿命，加工出来的零件精度高，为圆弧类零件的加工带来方便。
随着数控技术的快速发展，对于轴类零件的圆弧形轮廓，人们采用数控车床对其进行加工，而使用的刀具为普通外圆车刀（如图2所示），取得了一定的效果。用这种加工方法加工的圆弧形外廓的走刀轨迹很准确，但其加工的型面位置受到一些限制，加工的型面只能是第二象限的型面（车床只能够加工第一、二象限的圆弧型面），如果是跨象限的型面就有可能在第一象限内受到刀具后角的干涉（如图3所示）而产生废品。 数控车床与普通车床相比具有适应性强，加工精度高，生产效率高，能完成复杂型面的加工等特点。随着新产品的开发，其形状越来越复杂，精度要求也越来越高，无疑要充分发挥数控车床的优点。圆弧加工就体现了数控车床的优点。但是，在实际加工大圆弧时，由于加工工艺的选择不当或缺少辅助计算工具常常出现编程困难，重者出现异常加工误差。对此引起了我的注意，通过长期的试切实验，证明应用下面方法在圆弧编程中思路简单，加工出的零件精度高。下面我以几种常见零件为例与大家一起讨论。 二、圆弧分层切削法 （1）圆弧始点、终点均不变，只改变半径R 如图4所示，在零件加工一个凸圆弧，根据过两点作圆弧，半径越小曲率越大的原则，因此在切削凸圆弧时，可以固定始点和终点把半径R由小逐渐变大至规定尺寸。但要注意，圆弧半径最小不得小于成品圆弧弦长的一半。 N10 G01 X40 Z-5 F0.3； N20 G03 X40 Z-25 R10.2 F0.2； N30 G00 X53； N40 Z-5； N50 G01 X40 F0.3； N60 G03 X40 Z-25 R12 F0.2； N70 G00 X53； N80 Z-5； N90 G01 X40 F0.3； N100 G03 X40 Z-25 R16 F0.1 。 （2）圆弧始点、终点坐标变化，半径R不变 如图5所示，在零件上加工一个凹圆弧，为了合理分配吃刀量，保证加工质量，采用等半径圆弧递进切削，编程思路简单。 N10 G01 X54 Z-30 F0 .3； N20 G02 X60 Z-33 R10 F0 .2； N30 G00 X54 Z-30； N40 G01 X48 F0.3 ； N50 G02 X60 Z-36 R10 F0.2； N60 G00 X48 Z-30； N70 G01 X42 F0.3 ； N80 G02 X60 Z-39 R10 F0.2； N90 G00 X42 Z-30； N100 G01 X40 F0.3； N110 G02 X60 Z-40 R10 F0.1； （3）圆弧始点、终点坐标，半径R均变化 如图6所示，在零件一端加工一个半球，在该种情况下，走刀轨迹的半径R等于上次走刀半径R与Z（或X）方向的变化量X）之差。 N10 G01 X0 Z10 F0.3； N20 G03 X60 Z-20 R30 F0.2 ； N30 G00 Z6； N40 X0； N50 G03 X60 Z-20 R26 F0.2； N60 G00 Z2； N70 X0； N80 G03 X60 Z-20 R22 F0.2 , N90 G00 Z0； N100 X0； N110 G03 X60 Z-20 R20 F0.1； 三、先锥后圆弧法 该方法是先把过多的切削余量用车锥的方法切除掉，最后一刀走圆弧的路线切削圆弧成型，如图7所示。 N10 G01 X102 Z-30 F0.3； N20 G90 X100 Z-50 I-5 F0.2； N30 I-10； N40 I-15； N50 I-20； N60 G01 X60 Z-30 F0.3； N70 G02 X100 Z-50 R20 F0.1； 当是凸圆弧时，可根据几何知识算出ab段的长度，然后再车锥，最后车弧，如图8所示。 db=1.414R+R=0.414R ab=1.414*db=0.585R 留取一部分精加工余量，则ab取0.5R， ab=bc 根据1中的方法先加工出锥形，然后再精车圆弧。 四、结束语 在数控加工中，往往机床操作者也是零件切削程序的编制者，这就要求编制的程序工艺简单，调整方便，加工精度高等。在操作现场没有CAD制图软件、计算机等辅助计算工具时，采用上述方法编程切削圆弧可大大减少计算量。思路简单，工艺得体，延长刀具的使用寿命，加工出来的零件精度高，为圆弧类零件的加工带来方便。
