粗車路徑怎麼挑:矩形、三角形、封閉複合循環與凹圓弧五種走法
同一根胚料要車掉一樣多的餘量,刀走矩形、走三角形、還是沿著工件輪廓走,切削時間、程式長度與留給精車的餘量都不一樣。這篇把粗車的三種進給路線(矩形、三角形、封閉式複合循環)列成一張比較表,再把凹圓弧表面的五種切削路線依走刀長度、程式難度與餘量均勻度排序,並標明哪些格子沒有可靠答案。要挑路徑直接看第二、三張表。
本文只談粗車階段的路徑幾何型式怎麼挑。進給路線的定義、四項原則,以及引入與退刀方式,見〈車削進給路線怎麼規劃〉。
一、粗車路徑其實是在權衡三件事
粗車的任務只有一個:把胚料上多餘的餘量拿掉,交給精車一個好切的輪廓。但同樣是拿掉餘量,刀尖畫出來的軌跡形狀不同,結果差很多。
差在三件事:走刀路線的總長度(直接換算成切削時間與刀具損耗)、程式段格式的複雜度、以及留給精車的餘量均不均勻。三者很難同時最好,挑路徑就是在挑要犧牲哪一項。
粗加工的總原則是:以最少加工時間、最短加工路徑、最平穩的切削方式去除多餘的胚料餘量,並力求精加工餘量均勻。
二、三種粗車進給路線分別怎麼走
常用的粗加工(或半精加工)進給路線有三種,都靠循環功能安排,差別在刀尖畫出來的軌跡:
| 型式 | 路徑走法 | 實現方式 |
|---|---|---|
| 矩形循環 | 走刀軌跡呈矩形,不跟隨工件最終輪廓 | 利用程式的循環功能安排 |
| 三角形循環 | 走刀軌跡呈三角形;無進一步說明 | 利用程式的循環功能安排 |
| 封閉式複合循環 | 控制車刀沿工件輪廓形狀進給 | 利用控制器的封閉式複合循環功能(如 G73 指令) |
三、三型式比較表:只有矩形循環有明確答案
下表六個指標,只有矩形循環與封閉式複合循環兩個端點有明確比較,其餘格子沒有可靠排序、故留空:
| 比較指標 | 矩形循環 | 三角形循環 | 封閉式複合循環 |
|---|---|---|---|
| 走刀路線長度總和 | 最短 | 最長 | |
| 切削時間(不含空行程) | 最短 | ||
| 刀具損耗 | 小 | ||
| 程式段格式 | 最簡單 | ||
| 實務應用頻率 | 最多 | ||
| 精車餘量均勻性 | 不夠均勻,一般需安排半精車 |
留空的格子,請以實機試切或貴廠控制器手冊的循環說明為準,不要把矩形循環的結論直接套過去。
四、為什麼矩形循環在現場用得最多
三項優勢疊加起來:走刀路徑最短,直接換算成切削時間最短、刀具損耗小;再加上程式段格式最簡單。制定加工方案時,矩形循環因此成為首選。
代價寫在比較表最後一列。矩形循環粗車出來的輪廓,與工件最終輪廓的落差較大,精車餘量因而不夠均勻。它的解法不是直接進精車,而是追加一道半精車,把餘量修均勻之後再精車。
換句話說,矩形循環省下來的時間,有一部分要還給半精車那一刀。挑它之前,先確認工序表上有沒有安排這一道。
五、餘量太大時:矩形分層與型車分層
胚料餘量大到一刀切不完,就要分層切削。分層切削的進給路線另外分成兩種形式,選擇時要考慮胚料形狀、零件剛性與結構工藝性、刀具形狀、生產效率,以及控制器具備的循環切削功能。
| 路徑形式 | 軌跡 | 特性 | 主要適用 |
|---|---|---|---|
| 「矩形」分層 | 粗加工走一條類似矩形的軌跡 | 加工路線較短、加工效率較高、程式設計方便 | |
| 「型車」分層 | 粗加工與半精加工走一條與工件輪廓相平行的軌跡 | 路線較長,但避免了加工過程中的空行程 | 鑄造成形、鍛造成形或已粗車成形的工件 |
六、凹圓弧表面的五種切削路線
凹圓弧(內凹的圓弧面)是另一組題目。凹圓弧表面粗加工常見五種切削路線,其中只有兩種有走法說明:
| 代號 | 型式 | 走法說明 |
|---|---|---|
| (a) | 同心圓形式 | |
| (b) | 等徑圓弧形式 | 切削圓弧半徑相同,以圓心偏移的方式安排 |
| (c) | 不等徑圓弧形式 | 起訖點相同,改變切削圓弧半徑使弦差改變 |
| (d) | 梯形進給形式 | |
| (e) | 三角形形式 |
七、凹圓弧五型式:四個指標的排序
五型式逐項排序如下,但不是每個指標都排到底,沒有排到底的部分同樣留空:
| 比較指標 | 排序(由優到劣) |
|---|---|
| 程式段數最少 | 同心圓、不等徑圓弧、等徑圓弧三者並列最少;三者間的先後,以及梯形與三角形的位置,沒有可靠排序 |
| 走刀路線最短 | 同心圓 → 不等徑圓弧 → 三角形 → 梯形 → 等徑圓弧(等徑圓弧最長) |
| 計算與程式設計最簡單 | 等徑圓弧 → 同心圓 → 三角形 → 梯形 → 不等徑圓弧(不等徑圓弧最繁瑣) |
| 金屬切除率最高、切削力分佈最合理 | 梯形形式最優;其餘四型式的相對排序沒有可靠依據 |
| 精車餘量最均勻 | 同心圓形式最優;其餘四型式的相對排序沒有可靠依據 |
八、凹圓弧怎麼取捨,以及凸弧不必這樣挑
五型式沒有全面最優解,每一種都在拿一項換另一項。
同心圓在「走刀路線最短」與「精車餘量最均勻」兩項領先,代價是計算與程式設計的簡單度輸給等徑圓弧。
等徑圓弧靠子程式呼叫循環加工,讓程式設計最省事;但它是走刀路線最長的一種,餘量均勻度也沒有被列為最優。
梯形的金屬切除率最高、切削力分佈最合理,效率優先的場合挑它。
最後澄清一個常見誤會:上面五型式是為凹圓弧準備的。加工外圓弧(凸弧)的方法相對簡單,可用同心圓、等徑圓弧偏移及矩形切削等方法,不需要在這五型式裡細選。
九、挑完路徑,還有兩件事要決定
路徑型式只決定刀尖畫什麼形狀,不決定切多深。同一條矩形路徑分兩刀走還是分五刀走,取決於背吃刀量與要留給精車的餘量,見〈車削背吃刀量與精車餘量怎麼分配〉。
切削速度與進給要換算成主軸轉速、每分鐘進給與加工時間,公式見〈車削加工計算公式大全〉。
回到原則:實務上大多採矩形切削方式並配以半精加工,去除多餘的邊角胚料,提高加工的綜合性能。矩形循環不是最完美的路徑,是整體代價最低的那一條。
本主題的完整導讀見〈車削刀路完整導讀〉。
十、常見問題 FAQ
Ｑ：粗車為什麼大多選矩形循環?
因為三項優勢疊加:走刀路線長度總和最短、切削時間最短與刀具損耗小,加上程式段格式最簡單。三者合起來讓它成為制定加工方案時的首選,實務應用頻率也最高。
Ｑ：用矩形循環一定要加一道半精車嗎?
矩形循環粗車出來的輪廓與工件最終輪廓落差較大,精車餘量不夠均勻,因此一般需要安排半精車把餘量修勻,而不是直接進精車。實務上大多採矩形切削方式並配以半精加工,去除多餘的邊角胚料。
Ｑ：三角形循環到底比矩形好還是差?
只有矩形循環與封閉式複合循環兩個端點有明確比較;三角形循環在多數指標上沒有可靠排序,所以比較表中對應格位留空。要判斷請以實機試切或貴廠控制器手冊的循環說明為準。
Ｑ：凹圓弧粗車追求效率該選哪一種路線?
選梯形進給形式。五型式中它的金屬切除率最高、切削力分佈最合理。若改為追求精車餘量均勻與走刀路線最短,則選同心圓形式;若希望程式設計最省事,則選可用子程式呼叫的等徑圓弧形式。
