數控車床編程中的工藝處理

摘 要：本文主要探討數控車床編程中工藝處理的內容，包括數控車削加工的合理性分析、零件的工藝性分析、工藝過程和工藝路線的確定、零件安裝方法的確定、刀具的選擇切削用量的確定和刀具補償方案等工藝處理等。

關鍵詞：數控車床 車削加工 編程 工藝

數控車床編程工作中的工藝處理是一個十分重要的環節，它關系到所編零件加工程序的正確性及合理性。由于數控加工是在加工程序的控制下自動完成的，所以對加工程序的正確性及合理性要求非常高，不能有任何差錯，否則，輕則加工不出合格的零件，重則可能出現不安全事故，正因為如此，在編寫程序前，編程人員必須對加工工藝過程、工藝路線、刀具選擇、切削用量等進行正確合理的確定和選擇。

一般來講，數控車削加工與普通車削加工的工藝處理雖然大致相同，但又有其自身特點。一般情況下，數控車削加工的工序內容要比普通車削加工內容復雜得多。從編程來看，加工程序的編制要比普通車削加工編制工藝規程復雜。因為許多在普通車床上所進行的加工是由操作者靈活掌握并隨時可以調整，但在數控車床上則變成了必須在加工前事先安排好的事情，即編制好合理正確的程序，這樣才能保證加工的正確性。數控車床編程中工藝處理的內容，一般包括數控車削加工的合理性分析、零件的工藝性分析、工藝過程和工藝路線的確定、零件安裝方法的確定、刀具的選擇和切削用量的確定等。

筆者從事數控車削加工實訓教學多年，結合數控實訓教學的經驗與體會，根據數控車削加工的特點，對其數控編程的工藝處理中要注意的問題作如下探討。

一、合理確定零件的加工路線

控制零件加工路線，即對數控車削加工過程中的刀位點相對于被加工工件的運動軌跡和方向進行控制。通常在編程時確定加工路線的原則包括四個原則。

一是保持精度的原則。能保證零件的尺寸精度和表面粗糙度的技術要求。

二是提高生產效率的原則。盡量縮短加工路線，減少刀架空行程的時間，提高加工效率。

三是減少計算及失誤的原則。盡量使得數值計算簡單，程序段數量最少，以便減少編制及修改程序工作量。

四是安全第一的原則。加工工藝路線以不產生干涉或發生碰撞為前提。

確定合理的加工路線是制定合理的加工方案的關鍵。主要考慮下面四個方面：一是加工方法的選擇；二是加工工序的劃分；三是加工路線的確定；四是車削加工順序的安排。

因此，操作者應該認真分析圖樣，檢查構成加工輪廓的幾何要素有無缺陷，分析尺寸公差，表面粗糙度要求及形狀和位置公差要求。圖樣上出現構成加工輪廓的幾何要素數據不充分，例如缺漏尺寸或尺寸封閉，造成數學處理難等問題，操作者都應在與圖樣的設計人員或技術管理人員討論解決后才能進行程序的編制工作，以減少或避免不必要的失誤，并針對不同的尺寸要求和表面粗糙度要求，安排先粗車再精車，先近后遠或先內后外等加工方案，結合數控車床的精度，合理選擇走刀路線，應用到程序的編制中。

二、合理選擇對刀點、換刀點

對刀點用以確定工件坐標系相對于機床坐標系之間的關系，是與對刀基準點相重合的位置。在編程時，選擇對刀點的位置時應注意以下四點：一是要便于數學處理和簡化程序編制；二是工件在機床上找正容易，加工中檢查方便；三是該點的對刀誤差較小，引起的加工誤差最小；四是應選擇在與機床約定機床間隙狀態相互適應的位置上，避免在執行其自動補償時造成“反補償”。

對刀是數控加工中的前期操作，也是主要操作，編制加工程序時，程序原點通常設定在對刀點的位置上。對刀點可以選擇在工件上，也可以選擇在工件外，但必須是與零件定位基準有一定尺寸關系，并且，應盡量方便操作者觀察測量與判斷，為了提高加工精度，對刀點應盡量選擇在零件的設計基準或工藝基準上。該點的位置可以由G92、G50等指令指定。

多刀加工需要換刀時，應設定換刀點，即設定刀架轉位換刀的位置，通常該點設為一固定點以簡化程序，也可以根據實際情況設定任意點，但換刀點應設定在工件和夾具的外部，原則是要確保刀架轉位時不會碰到工件和其他部件。

三、合理選擇工件的裝夾方法、刀具和切削用量

數控車床上工件的裝夾方法與普通車床大致相同，都要求合理地選擇定位基準和夾緊方案。應盡量選用已有的通用夾具，減少裝夾次數，盡量做到在一次裝夾中能夠把零件上所有要加工的表面加工出來，工件定位基準與設計基準要盡量重合，減少定位誤差對尺寸精度的影響。在選用、調整或設計夾具時應當遵循以下三條原則。

一是盡量選用組合夾具，可調整夾具等標準化、通用化夾具，避免采用專用夾具。

二是工件在機床裝夾時要快速、方便、可靠，找正容易，常采用氣動、液壓夾具，目的是減少車削加工的輔助時間，提高生產效率。

三是零件上的部位要外露敞開，不能因為裝夾工件而影響刀具進給和切削加工。

在數控編程時，合理選用刀具也是數控車削工藝的重要內容，它包括刀具材料和刀具參數的選擇。它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質量。選擇刀具通常要考慮工件材料、加工型面類型、機床剛性、機床加工能力、工序內容等因素。例如，加工鑄鐵工件時，應選用硬質合金類刀具；加工鋼料時，應選用硬質合金類刀具。圓弧型車刀適應于精度要求較高、批量大的大凸外圓曲面或凹曲面的車削。數控車削與普通車削的刀具選擇原則相似，但應注意，數控車削加工對刀具要求更高，不僅要求精度高，剛性好，耐用度高，而且要求尺寸穩定、安裝調整方便，否則，難以滿足數控車削的加工要求，不能充分發揮數控車床的車削效率。

數控車床中的切削用量是表示機床主體的主運動和進給運動的速度大小的重要參數，包括切削深度，主軸轉速（切削速度）和進給速度，并與普通車床加工中所要求的各切削用量基本一致。合理選擇車削用量的基本原則是：粗加工時，一般以提高生產效率為主，但也要考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本；具體數值應根據機床說明書，切削用量手冊，并結合工作經驗來確定。

四、制定補償方案

考慮到數控車床絲杠的機械間隙和刀具偏差、刀尖圓弧等因素對數控加工質量的影響，在編制加工程序時，制定合理的補償方案也是工藝處理中的重要環節。它包括機械間隙補償和刀位偏差補償。

1.機械間隙補償

機械間隙補償是通過儀表測試或試刀法測試，掌握數控車床的穩定間隙后，有針對性地選擇具體的補償方案，根據不同零件的形狀、尺寸精度要求，制定簡便的、符合實際的補償方案。常用的方法有自動補償法和編程補償法。

（1）自動補償即利用機床的自動補償功能，加工前在機床內設置后，每次機床換向運動時，均先自動執行，直到取消。這種方法簡單方便而且有效，應用廣泛，但是應注意當機床使用了一段時間后，應及時重新測量其間隙量，以防止因磨損影響加工質量。

（2）在自動補償不能滿足加工條件時，例如要求表面粗糙度較高的X方向凸出的圓弧面的加工，顯然采用自動補償會在圓弧面的頂端留下接刀痕跡而達不到質量要求。此時我們可以采用編程補償的辦法，即將機械間隙大小相應的數值直接加入到程序中，使車床運動實際上多運動了一個機械間隙量的距離。

另外還可以在編制加工程序時，安排機床走刀路線從一個方向切入或切出來控制零件尺寸，避免出現換向產生的間隙誤差。這種方法只能用于部分零件或部分工序的

加工。

2.數控系統刀位偏差自動補償功能

數控系統刀位偏差自動補償功能即在換刀過程結束后，按在輔助程序段中所指定的補償方向和大小，對已處于加工位置的刀號自動進行補償，使其刀位準確到達對刀點位置。在操作時，應注意防止運行補償時因計算或輸入錯誤導致刀架碰到工件及其他部件。在利用刀具半徑自動補償功能時，只要將其刀具半徑按照系統的規定和程序格式要求，設定在輔助程序段中即可自動補償。在數控車床中，除了較高級的數控系統具有刀具半徑補償外，大多數數控車床都不具備這一功能。

針對經濟型數控車床系統不具備半徑自動補償功能的情況，在選用圓弧刀并制定相應的加工方案時，可以通過半徑編程補償的辦法滿足補償要求。

五、合理編制工藝文件

數控加工工藝文件是數控加工生產、產品驗收的依據，也是操作者要遵循、執行的規范法則；同時也是產品零件重復生產在技術上工藝資料的積累和儲備。不同的數控機床和加工要求，工藝文件的內容和格式有所不同，目前尚無統一標準，各個企業根據自身特點制定相應的工藝文件。加工工藝是否先進、合理，將在很大程度上決定加工質量的優劣。企業中常用的數控加工工藝文件主要有數控加工工序卡、數控加工刀具卡、數控加工走刀路線圖、數控加工程序單等。

六、總結

數控加工工藝處理的好壞，不僅影響機床效率的發揮，而且將直接影響到零件的加工質量。要掌握好數控車床的工藝處理環節，不僅要掌握普通車床的工藝規程、切削知識，還要求有扎實的加工工藝基礎知識，對數控加工中工藝方案制定的各個方面要有比較全面的了解。而在數控車床的加工中，造成加工失誤或質量、效益不盡如人意的主要原因，就是對工藝處理不夠周全，需要引起操作者高度重視。

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（作者單位：廣東省工業高級技工學校）