數(shù)控車編程技巧之我見

陳淳輝，胡金成，張 偉

（海軍蚌埠士官學(xué)校，安徽 蚌埠 233012）

數(shù)控車床由于具有高效率、高精度和高柔性的特點(diǎn)，在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，成為目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。如何高效、合理、按質(zhì)按量完成工件的加工，充分發(fā)揮數(shù)控車床的作用，關(guān)鍵在于編程。而對(duì)于編程，每個(gè)從事該行業(yè)的工程技術(shù)人員或多或少都有自己的經(jīng)驗(yàn)。筆者從事數(shù)控教學(xué)、培訓(xùn)工作多年，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)就數(shù)控車床零件加工中的編程技巧問(wèn)題進(jìn)行一些探討。

1 進(jìn)給路線設(shè)定技巧

進(jìn)給路線是刀具在加工中的運(yùn)動(dòng)軌跡，即刀具從程序控制起點(diǎn)開始，直到結(jié)束加工程序后退刀返回該點(diǎn)及所經(jīng)過(guò)的路徑，是編寫程序的重要依據(jù)之一。合理確定進(jìn)給路線對(duì)于數(shù)控加工是很重要的。筆者認(rèn)為應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

1.1 要盡量縮短進(jìn)給路線，減少空走刀行程

一是巧用起刀點(diǎn) (程序控制起點(diǎn))。在循環(huán)加工中，根據(jù)工件的實(shí)際加工情況，在確保安全和滿足換刀需要的前提條件下，使起刀點(diǎn)盡量靠近工件，減少空走刀行程，縮短進(jìn)給路線，節(jié)省在加工過(guò)程中的執(zhí)行時(shí)間。二是合理安排“回零”路線。在編制復(fù)雜輪廓的加工程序時(shí)，通過(guò)合理安排“回零”路線，使前一刀的終點(diǎn)與后一刀的起點(diǎn)間的距離盡量短，或者為零，以縮短進(jìn)給路線，提高生產(chǎn)效率。三是采用合適的循環(huán)加工方式。粗加工或半精加工時(shí)，毛坯余量較大，應(yīng)采用合適的循環(huán)加工方式，在兼顧被加工零件的剛性及加工工藝性等要求下，采取最短的切削進(jìn)給路線，減少空行程時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)盡量減少換刀次數(shù)，用一把刀具盡量加工完成相關(guān)工序。四是選擇工件在加工后變形較小的路線。對(duì)細(xì)長(zhǎng)零件或薄板零件，應(yīng)采用分幾次走刀加工到最后尺寸，或采取對(duì)稱去余量法安排進(jìn)給路線。在確定軸向移動(dòng)尺寸時(shí)，應(yīng)考慮刀具的引入長(zhǎng)度和超越長(zhǎng)度。

1.2 要保證加工零件的精度和表面粗糙度的要求

為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，要合理選取起刀點(diǎn)、切入點(diǎn)和切入方式，保證切入過(guò)程平穩(wěn)，沒(méi)有沖擊。精加工時(shí)，最終輪廓應(yīng)安排在最后一次走刀連續(xù)加工出來(lái)。認(rèn)真考慮刀具的切入和切出路線，盡量減少在輪廓處停刀，以避免切削力突然變化造成彈性變形而留下刀痕。一般應(yīng)沿著零件表面的切向切入和切出，盡量避免沿工件輪廓垂直方向進(jìn)、退刀而劃傷工件。

1.3 要有利于簡(jiǎn)化數(shù)值計(jì)算，減少程序段數(shù)目和編制程序工作量

在實(shí)際的生產(chǎn)操作中，經(jīng)常會(huì)碰到某一固定的加工操作重復(fù)出現(xiàn)，可以把這部分操作編寫成子程序，事先存入到存儲(chǔ)器中，根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)用，使程序編寫變得簡(jiǎn)單、快捷。對(duì)那些圖形一樣、尺寸不同或工藝路徑一樣、只是位置數(shù)據(jù)不同的系列零件的編程，可以采用子程序或宏指令編程，減少乃至免除編程時(shí)進(jìn)行煩瑣的數(shù)值計(jì)算，精簡(jiǎn)程序量。

2 巧用程序固定工件坐標(biāo)系

目前有很多數(shù)控車削方面的技術(shù)書籍，程序通過(guò)以G54代碼指令來(lái)建立工件坐標(biāo)系，即以G54 Xα Zβ作為程序首句。根據(jù)該指令，可設(shè)定一個(gè)坐標(biāo)系，使刀具的某一點(diǎn)在此坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為(Xα，Zβ)。采用這種方法編寫程序，對(duì)刀后，必須將刀移動(dòng)到G54設(shè)定的既定位置方能進(jìn)行加工，找準(zhǔn)該位置的過(guò)程如下：

（1）裝刀后，裝夾好工件毛坯；

（2）主軸正轉(zhuǎn)，手動(dòng)切削工件右端面；

（3）Z軸不動(dòng)，沿X軸釋放刀具，輸入G54 Z0，數(shù)控系統(tǒng)記憶該點(diǎn)；

（4）主軸正轉(zhuǎn)，將工件車削出一臺(tái)階；

（5）X軸不動(dòng)，沿Z軸釋放刀具，停車測(cè)量車削出的工件臺(tái)階直徑，輸入G54 X（臺(tái)階直徑值），數(shù)控系統(tǒng)記憶該點(diǎn)；

（6）MDI方式下，輸入 G00 Xα Zβ，刀具運(yùn)行至編程指定的程序原點(diǎn)，再輸入G54 XαZβ，數(shù)控系統(tǒng)記憶該程序原點(diǎn)。

上述步驟中，步驟6即刀具定位在XαZβ處至關(guān)重要，否則，工件坐標(biāo)系就會(huì)被修改，無(wú)法正常加工工件。有加工經(jīng)驗(yàn)的人都知道，上述將刀具定位到XαZβ處的過(guò)程繁瑣，一旦出現(xiàn)意外，如X或Z軸無(wú)伺服，斷電等情況發(fā)生，系統(tǒng)只能重啟，重啟后系統(tǒng)失去對(duì)G54設(shè)定的工件坐標(biāo)值的記憶，“復(fù)位、回零運(yùn)行”不再起作用，需重新將刀具運(yùn)行至XαZβ位置并重設(shè)G54。如果是批量生產(chǎn)，加工完一件后，回G54起點(diǎn)繼續(xù)加工下一件，在操作過(guò)程中稍有失誤，就可能修改工件坐標(biāo)系。鑒于上述程序首句使用G54建立工件坐標(biāo)系的種種弊端，筆者想辦法將工件坐標(biāo)系固定在機(jī)床上，將程序首句G54 XαZβ改為G00 Xα Zβ后，問(wèn)題迎刃而解。其操作過(guò)程只需操作過(guò)程的前五步，即完成步驟 1、2、3、4、5 后，將刀具運(yùn)行至安全位置，調(diào)出程序，按自動(dòng)運(yùn)行即可。即使發(fā)生斷電等意外情況，重啟系統(tǒng)后，在編輯方式下將光標(biāo)移至能安全加工又不影響工件加工進(jìn)程的程序段，按自動(dòng)運(yùn)行方式繼續(xù)加工即可。上述程序首句用G00代替G54的實(shí)質(zhì)是將工件坐標(biāo)系固定在機(jī)床上，不再囿于G54 Xα Zβ程序原點(diǎn)的限制，不改變工件坐標(biāo)系，操作簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，可收到了意想不到的效果。

3 妙用G指令，提高加工質(zhì)量

3.1 妙用返回參考點(diǎn)指令

參考點(diǎn)是機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，通過(guò)參考點(diǎn)返回功能刀具可以容易地移動(dòng)到該位置。參考點(diǎn)主要用作自動(dòng)換刀或設(shè)定坐標(biāo)系，刀具能否準(zhǔn)確地返回參考點(diǎn)，是衡量其重復(fù)定位精度的重要指標(biāo)，也是數(shù)控加工保證其尺寸一致性的前提條件。實(shí)際加工中，巧妙利用返回參考點(diǎn)指令，可以提高產(chǎn)品的精度。對(duì)于重復(fù)定位精度很高的機(jī)床，為了保證主要尺寸的加工精度，在加工主要尺寸之前，刀具可先返回參考點(diǎn)再重新運(yùn)行到加工位置。如此做法的目的實(shí)際上是重新校核一下基準(zhǔn)，以確定加工的尺寸精度。

3.2 妙用延時(shí)G04指令

延時(shí)G04指令，其作用是人為地暫時(shí)限制運(yùn)行的加工程序，除了常見的一般使用情況外，在實(shí)際數(shù)控加工中，延時(shí)G04指令還可以作一些特殊使用：

（1）大批量單件加工時(shí)間較短的零件加工中，啟動(dòng)按鈕頻繁使用，為減輕操作者由于疲勞或頻繁按鈕帶來(lái)的誤動(dòng)作，用G04指令代替首件后零件的啟動(dòng)。延時(shí)時(shí)間按完成1件零件的裝卸時(shí)間設(shè)定，在操作人員熟練地掌握數(shù)控加工程序后，延時(shí)的指令時(shí)間可以逐漸縮短，但需保證其一定的安全時(shí)間。零件加工程序設(shè)計(jì)成循環(huán)子程序，G04指令就設(shè)計(jì)在調(diào)用該循環(huán)子程序的主程序中，必要時(shí)設(shè)計(jì)選擇計(jì)劃停止M01指令作為程序的結(jié)束或檢查。

（2）用絲錐攻中心螺紋時(shí)，需用彈性筒夾頭攻牙，以保證絲錐攻至螺紋底部時(shí)不會(huì)崩斷，并在螺紋底部設(shè)置G04延時(shí)指令，使絲錐作非進(jìn)給切削加工，延時(shí)的時(shí)間需確保主軸完全停止，主軸完全停止后按原正轉(zhuǎn)速度反轉(zhuǎn)，絲錐按原導(dǎo)程后退。

（3）在主軸轉(zhuǎn)速有較大的變化時(shí)，可設(shè)置G04指令。目的是使主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，再進(jìn)行零件的切削加工，以提高零件的表面質(zhì)量。

3.3 妙用G70指令實(shí)現(xiàn)半精加工

對(duì)于大部分?jǐn)?shù)控車床來(lái)說(shuō)，使用較長(zhǎng)時(shí)間后，由于絲桿間隙的影響，加工出的工件尺寸經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。這時(shí)，我們可在粗加工之后，進(jìn)行一次半精加工消除絲桿間隙的影響。如用1號(hào)刀G71粗加工外圓之后，可在001刀補(bǔ)處輸入U(xiǎn)0.3，調(diào)用G70精車一次，停車測(cè)量后，再在001刀補(bǔ)處輸入U(xiǎn)-0.3，再次調(diào)用G70精車一次。經(jīng)過(guò)此番半精車，消除了絲桿間隙的影響，保證了尺寸精度的穩(wěn)定。

總之，為了充分發(fā)揮數(shù)控車床的作用，在編程時(shí)需要掌握一定的技巧，才能編制出合理、高效的加工程序，保證加工出符合圖紙要求的合格零件；才能使數(shù)控車床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控車床能安全、可靠、高效地工作。