數(shù)控車床加工編程的常規(guī)分析

江敏

摘 要： 隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，數(shù)控車床現(xiàn)已成為工業(yè)加工的“主角”。在數(shù)控車床應(yīng)用過程中，零件加工程序的編制是技術(shù)核心，涵蓋較多知識(shí)，是機(jī)械加工專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容之一。本文結(jié)合對(duì)數(shù)控車床加工程序編制的介紹，提出加工程序的編制方法，結(jié)合具體案例分析編制方法的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控車床 加工程序編制 常規(guī)分析

數(shù)控車床在工作過程中根據(jù)事先編制的程序，結(jié)合相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)、液壓技術(shù)等自動(dòng)完成對(duì)工件的精密加工。因此數(shù)控程序成為加工目標(biāo)與加工過程之間的重要紐帶，理想的數(shù)控程序是工件質(zhì)量的重要保證，也是評(píng)價(jià)加工技術(shù)水平的重要指標(biāo)，是提高車床安全性和高效性的根本措施，因此數(shù)控車床加工程序編制是工件加工的重中之重。

1.數(shù)控車床編程

數(shù)控車床的編制程序是一組按照工藝要求編寫的加工指令的集合，數(shù)控編程貫穿加工全過程，從分析零件圖樣開始，到產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)合格結(jié)束。在實(shí)際編程過程中，學(xué)生需要根據(jù)圖樣和文件要求，編制能完成該零件加工的計(jì)算機(jī)指令。由于實(shí)際情況不同，零件加工程序的編制方法分為手工編程和自動(dòng)編程，手工編程需要根據(jù)相關(guān)文件要求和圖樣需求由人工完成，目前手工編程已發(fā)展成為成熟的編程方式，建立完善的技術(shù)體系。

2.加工程序的基本編制方案

2.1分析圖樣

零件圖樣分析過程中，主要目的是分析零件加工的工藝路線，制定相應(yīng)的加工步驟，選擇合適的刀具和切削量，根據(jù)實(shí)際需求對(duì)圖樣上的尺寸進(jìn)行修改優(yōu)化，在優(yōu)化過程中，可以充分利用CAD軟件進(jìn)行繪圖，利用相關(guān)查詢命令并予以記錄。

通過對(duì)零件圖樣的分析，發(fā)現(xiàn)尺寸公差，對(duì)尺寸精度進(jìn)行確定，選擇合適的刀具和機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括切削深度、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等。由于加工零件一般比較復(fù)雜，因此需要根據(jù)零件的實(shí)際加工情況進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，利用機(jī)床操作面板上的倍率開關(guān)，合理配置切削用量。

2.2優(yōu)化走刀方案

從刀具對(duì)刀點(diǎn)到返回點(diǎn)并結(jié)束加工程序經(jīng)過的全部路線稱為走刀路線，走刀路線的確定是數(shù)控車床加工程序編制的核心，實(shí)際應(yīng)用中，精加工程序的走刀路線一般沿零件的輪廓開始，走刀路線的重點(diǎn)是對(duì)粗加工的路線進(jìn)行確定。零件加工編程的重點(diǎn)是將走刀路線控制在最短，以節(jié)省加工時(shí)間，降低刀具的磨損程度，提高加工效率。

2.3 G指令調(diào)用

編程過程中，按照直線、斜線、圓弧等幾何要素的獨(dú)立性，編制出不同的加工程序，學(xué)生的主觀意愿是對(duì)程序段長度進(jìn)行控制，保證程序簡潔，降低程序出錯(cuò)概率，以最短的程序段完成零件加工，提高加工效率。

由于數(shù)控車床具有直線和圓弧插補(bǔ)的功能，在排除非圓弧曲線后，可以利用零件的集合要素和工藝路線控制編制程序的段數(shù)，必須將程序段控制在最少。因此，編制過程中必須利用合理的G指令，減少程序段，在編制過程中靈活運(yùn)用。

2.4安排回零路線

有些零件的加工輪廓較為復(fù)雜，為了降低加工程序的出錯(cuò)率，簡化計(jì)算過程，便于學(xué)生核對(duì)，加工過程中每一刀完成后都要執(zhí)行“回零”指令，返回對(duì)刀點(diǎn)的位置后，再繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序。

3.加工程序編制案例

3.1提出問題

實(shí)操訓(xùn)練中需要加工如圖1所示的零件。

零件材料為45鋼，毛坯棒料長95mm，直徑Φ25mm。加工過程的重點(diǎn)內(nèi)容如下：零件圖樣分析；走刀路線的最短化設(shè)計(jì)；G指令減少程序命令；切削量的選擇；其他細(xì)節(jié)問題。

3.2分析問題

3.2.1圖樣分析

按照?qǐng)D1所示零件圖，該零件的加工內(nèi)容有端面、外圓、倒角、圓弧、普通螺紋、外溝槽。

該零件采用一次裝夾加工完成，在圖紙上設(shè)置相應(yīng)的坐標(biāo)系，設(shè)在零件右端面，裝夾直徑Φ25mm的外圓，結(jié)合相關(guān)工藝要求，車平端面，對(duì)刀后設(shè)置相應(yīng)的工件原點(diǎn)。為了便于精加工，將此端面作為加工面。

換刀點(diǎn)設(shè)置在（X100，Z100）位置。

為了確保零件尺寸精度，優(yōu)化加工工藝，需要分析尺寸公差要求。在數(shù)控切削中，機(jī)床的機(jī)械振動(dòng)會(huì)影響零件的形狀和位置，如果零件沿Z軸運(yùn)動(dòng)方向與主軸軸線不平行，則零件的圓柱度將不能保證，垂直度公差將無法保證。因此編程過程中，應(yīng)提前進(jìn)行技術(shù)處理，選擇合適的刀具和切削量。該零件尺寸公差取中間值，并在加工過程中嚴(yán)格控制。

3.2.2走刀路線和G指令的確定

該零件加工走刀路線和G指令確定如下：

①裝夾Φ25的外圓表面，伸出長度80mm，根據(jù)實(shí)際工藝需求，按照相應(yīng)步驟加工零件右側(cè)的輪廓，依次加工Φ12外圓、Φ15外圓、Φ17外圓、Φ21外圓、R2圓弧（本過程采用G71命令）；

②對(duì)步驟①中的各輪廓進(jìn)行精加工（本過程采用G70命令）；

③加工3×1.5的槽（本過程采用G94命令）；

④加工零件中的螺紋部分（本過程采用G76命令）；

⑤對(duì)Φ13的外圓、R3圓弧和1×45°的倒角進(jìn)行加工（本過程采用G94和G72命令）；

⑥對(duì)步驟⑤中的各輪廓進(jìn)行精加工（本過程采用G70命令）。

3.2.3選擇刀具、確定切削量

3.3解決問題

通過對(duì)零件圖的分析，確定走刀路線和相關(guān)G指令，并確定刀具和切削量。該零件的部分編程指令如下。

O0001；

T0101S800M3；主軸正轉(zhuǎn)

……

G00X26Z2；粗加工定位

G71U1.5R0.5；外圓粗加工

……

G02X21W-2R2；凹圓弧加工

T0202；更換精加工車刀

……

G94X11Z-15R-1.5F8；0.5×45°的倒角

T0303；更換螺紋刀

……

G94X19R2；倒角1×45°

……

G70P30Q40；精加工13×10槽

……

4.程序編制過程中的細(xì)節(jié)問題

4.1分步考慮零件的粗精加工

數(shù)控車床在零件加工過程中可分為粗加工和精加工階段，不同加工模式獲得的加工效率不同，并且在不同加工模式下走刀路線和刀具的運(yùn)行都不同。在程序編制過程中，必須重視粗加工和精加工的差異，避免加工過程中切削力的變化導(dǎo)致零件變形，降低加工精度。

4.2選擇合理的編程尺寸

為了保證程序編制順利進(jìn)行，需要對(duì)編程尺寸進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)際生產(chǎn)過程中，往往會(huì)遇到零件尺寸小于車床的最小編程單位，此時(shí)需要遵循四舍五入原則，保證編程尺寸接近實(shí)際零件尺寸。

4.3合理利用切斷面倒角

實(shí)際加工過程中，對(duì)切斷面倒角的利用十分普遍，為了避免掉頭倒角，方便切削加工，可以利用切斷面的位置優(yōu)勢(shì)對(duì)切斷和倒角同時(shí)進(jìn)行加工。為了避免操作中出現(xiàn)失誤，需要重視刀具的引入點(diǎn)和刀寬等細(xì)節(jié)。

4.4編程過程中盡量滿足各點(diǎn)重合

為了避免基準(zhǔn)偏移，降低零件的加工誤差，編程時(shí)需要將編程的原點(diǎn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和對(duì)刀點(diǎn)位置重合起來。一般情況下，若圖樣上的零件尺寸與編程尺寸的基準(zhǔn)存在偏差，則必須將圖樣中的基準(zhǔn)尺寸換算成坐標(biāo)系中的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，當(dāng)需要變動(dòng)某個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行重新計(jì)算后再進(jìn)行下一步編程工作。

根據(jù)相關(guān)編程程序可以看出，零件加工全過程都有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)每個(gè)加工步驟都進(jìn)行明確規(guī)定。實(shí)際編程過程中，需要先對(duì)工件圖樣進(jìn)行詳細(xì)分析，在制定好合理加工工藝的基礎(chǔ)上，再計(jì)算相關(guān)加工尺寸，確定合理的走刀路徑，選擇刀具和切削量，按照數(shù)控車床的相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格進(jìn)行尺寸方面的匯總，將編程工作細(xì)化，充分發(fā)揮數(shù)控車床的加工優(yōu)勢(shì)。

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