零件加工程序編制問題的探討

摘要 本文簡(jiǎn)要介紹了數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，接著依托對(duì)數(shù)控車床的教學(xué)，對(duì)數(shù)控編程的方式和步驟進(jìn)行了簡(jiǎn)明的闡述，并針對(duì)一個(gè)典型零件的數(shù)控車削加工給出了一套程序。程序是以西門子802S數(shù)控系統(tǒng)為例編寫的。最后，希望國(guó)家加大扶持的力度，使數(shù)控機(jī)床得到更快的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 數(shù)控編程 工藝參數(shù) 切削用量

中圖分類號(hào)：TH133.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一個(gè)國(guó)家裝備工業(yè)的實(shí)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，關(guān)系到國(guó)家整體工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力在世界上的位置，而數(shù)控機(jī)床作為國(guó)家裝備工業(yè)的主流產(chǎn)品和技術(shù)方向，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中具有重要的地位。數(shù)控機(jī)床是一種自動(dòng)化程度很高的機(jī)電一體化設(shè)備，是綜合自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物。數(shù)控機(jī)床的水平和擁有量，已經(jīng)是衡量當(dāng)今制造業(yè)水平、工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要指標(biāo)，也是衡量國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與普及，現(xiàn)代化企業(yè)對(duì)于懂得數(shù)控技術(shù)、能進(jìn)行數(shù)控編程的技術(shù)人才的需求量必將不斷增加。

數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。本文僅就數(shù)控車床零件加工中的程序編制問題進(jìn)行探討，簡(jiǎn)要的內(nèi)容也希望吸引大家對(duì)數(shù)控編程的興趣和關(guān)注，以發(fā)展普及型數(shù)控機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)為主攻方向，提高國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率為主體目標(biāo)，希望國(guó)家加大扶持的力度，大力發(fā)展數(shù)控機(jī)床行業(yè)。

一、數(shù)控化是機(jī)械行業(yè)進(jìn)步的大趨勢(shì)

機(jī)械工業(yè)是向國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門提供裝備的部門，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。機(jī)械工業(yè)的發(fā)達(dá)與否，是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化程度的重要指標(biāo)。而機(jī)床行業(yè)又是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，是向機(jī)械工業(yè)提供加工裝備的部門，是“支柱的支柱”。由于數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越技術(shù)性能以及在國(guó)防上的重要意義，從1950年代起，美日德等先進(jìn)國(guó)家競(jìng)相投入巨資進(jìn)行研發(fā)，其技術(shù)在國(guó)際上遙遙領(lǐng)先。多年來，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的需求結(jié)構(gòu)大體是：高級(jí)型10%，普及型29%，經(jīng)濟(jì)型61%左右。從發(fā)展趨勢(shì)看，普及型比重將逐漸加大。汽車工業(yè)、汽車摩托車行業(yè)產(chǎn)能和市場(chǎng)均有很大潛力，為數(shù)控機(jī)床的潛在大客戶。數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)大小上百家，其中有相當(dāng)自主開發(fā)能力。當(dāng)然，我國(guó)機(jī)械工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，還存在著重技術(shù)攻關(guān)、輕視新技術(shù)向商品轉(zhuǎn)化的問題，尤其是市場(chǎng)營(yíng)銷方式陳舊，力度不足。今天培植自己幼小的以低端系統(tǒng)為主的數(shù)控機(jī)床行業(yè)，正是為了明天自己有強(qiáng)大的足以和國(guó)際壟斷集團(tuán)競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)。

二、編程方法

數(shù)控編程方法有手工編程和自動(dòng)編程兩種。

手工編程是指從零件圖樣分析工藝處理、數(shù)據(jù)計(jì)算、編寫程序單、輸入程序到程序校驗(yàn)等各步驟主要有人工完成的編程過程。它適用于點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件的加工，以及計(jì)算較簡(jiǎn)單，程序段不多，編程易于實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)合等。但對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的零件，以及幾何元素不復(fù)雜但需編制程序量很大的零件，由于編程時(shí)計(jì)算數(shù)值的工作相當(dāng)繁瑣，工作量大，容易出錯(cuò)，程序校驗(yàn)也較困難，用手工編程難以完成，因此要采用自動(dòng)編程。

自動(dòng)編程即程序編制工作的大部分或全部有計(jì)算機(jī)完成，可以有效解決復(fù)雜零件的加工問題，也是數(shù)控編程未來的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，也要看到手工編程是自動(dòng)編程的基礎(chǔ)，自動(dòng)編程中許多核心經(jīng)驗(yàn)都來源于手工編程，二者相輔相成。手工編程是基礎(chǔ)，自動(dòng)編程亦需要好的工藝基礎(chǔ)，包括工藝分析和工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及刀具的選擇等。

三、編程步驟

拿到一張零件圖紙后，首先應(yīng)對(duì)零件圖紙分析，確定加工工藝過程，也即確定零件的加工方法（如采用的工夾具、裝夾定位方法等），加工路線（如進(jìn)給路線、對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)等）及工藝參數(shù)（如進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削速度和切削深度等）。其次應(yīng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。絕大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)都帶有刀補(bǔ)功能，只需計(jì)算輪廓相鄰幾何元素的交點(diǎn)（或切點(diǎn)）的坐標(biāo)值，得出各幾何元素的起點(diǎn)終點(diǎn)和圓弧的圓心坐標(biāo)值即可。最后，根據(jù)計(jì)算出的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)值和已確定的加工參數(shù)及輔助動(dòng)作，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定使用的坐標(biāo)指令代碼和程序段格式，逐段編寫零件加工程序單，并輸入CNC裝置的存儲(chǔ)器中。編制的程序必須通過空運(yùn)行、圖形動(dòng)態(tài)模擬或試切削等方法檢驗(yàn)程序的正確性。當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，通過分析產(chǎn)生錯(cuò)誤的性質(zhì)來修改程序或調(diào)整刀具補(bǔ)償參數(shù)，直到加工出合格的零件。注意：試切削時(shí)，盡量選用低廉的切削材料進(jìn)行試切。

四、典型實(shí)例分析

數(shù)控車床主要是加工回轉(zhuǎn)體零件，典型的加工表面不外乎外圓柱、外圓錐、螺紋、圓弧面、切槽等。例如，要加工形狀如圖所示的零件，采用手工編程方法比較合適。由于不同的數(shù)控系統(tǒng)其編程指令代碼有所不同，因此應(yīng)根據(jù)設(shè)備類型進(jìn)行編程。以西門子802S數(shù)控系統(tǒng)為例，應(yīng)進(jìn)行如下操作。

1、 確定加工路線。

按先主后次，先精后粗的加工原則確定加工路線，采用固定循環(huán)指令對(duì)外輪廓進(jìn)行粗加工，再精加工，然后車退刀槽，最后加工螺紋。

2、裝夾方法和對(duì)刀點(diǎn)的選擇。

采用三爪自定心卡盤自定心夾緊，對(duì)刀點(diǎn)選在工件的右端面與回轉(zhuǎn)軸線的交點(diǎn)。

3、選擇刀具。

根據(jù)加工要求，選用四把刀，1號(hào)為粗加工外圓車刀，2號(hào)為精加工外圓車刀，3號(hào)為切槽刀，刀寬4mm ，4號(hào)為車螺紋刀。采用試切法對(duì)刀，對(duì)刀的同時(shí)把端面加工出來。

4、確定切削用量。

車外圓，粗車主軸轉(zhuǎn)速為500r/min，進(jìn)給速度為0.3mm/r，精車主軸轉(zhuǎn)速為800r/min，進(jìn)給速度為0.08mm/r，切槽和車螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為300r/min，進(jìn)給速度為0.1mm/r。

5、 程序編制。

確定軸心線與球頭中心的交點(diǎn)為編程原點(diǎn)，零件的加工程序如下：

五、結(jié)束語(yǔ)

發(fā)展數(shù)控機(jī)床行業(yè)對(duì)我國(guó)的發(fā)展具有戰(zhàn)略意義，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中不可輕易放棄的重要支柱。一是用高新技術(shù)加快裝備工業(yè)的現(xiàn)代化改造，是優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)；二是西方在尖端數(shù)控機(jī)床品種的進(jìn)口和技術(shù)轉(zhuǎn)讓方面，對(duì)我實(shí)行限制政策，而中高檔數(shù)控機(jī)床的自行研制和國(guó)產(chǎn)化對(duì)國(guó)防建設(shè)等意義重大。

要實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工，編程是關(guān)鍵。本文雖然只對(duì)一例數(shù)控車床加工零件的進(jìn)行了編程分析，但它具有一定的代表性。由于數(shù)控車床可以加工普通車床無法加工的復(fù)雜曲面，加工精度高，質(zhì)量容易保證，發(fā)展前景十分廣闊，因此掌握數(shù)控車床的加工編程技術(shù)尤為重要。國(guó)家在扶持對(duì)象和扶持方式上，有必要完善法規(guī)，對(duì)中國(guó)人所有和經(jīng)營(yíng)的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)，按照重點(diǎn)支持的原則，給出公開、統(tǒng)一的支持標(biāo)準(zhǔn)，取消所有制歧視。通過科學(xué)技術(shù)的吸收消化和研究發(fā)展，在盡可能高的技術(shù)檔次和盡可能多的品種方面，獲得自主研發(fā)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。總之，應(yīng)該深刻認(rèn)識(shí)到，以數(shù)控化為核心的裝備工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，是優(yōu)化結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)國(guó)力、保證我國(guó)在21世紀(jì)現(xiàn)代化建設(shè)中實(shí)現(xiàn)追趕世界先進(jìn)水平的中心環(huán)節(jié)，這是應(yīng)該放到發(fā)展戰(zhàn)略高度來認(rèn)識(shí)的。□

（作者單位：四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系）

參考文獻(xiàn)：

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