數(shù)控車床編程加工方案確定及編程中細(xì)節(jié)問(wèn)題處理

楊小勇 曹昌林

(江西旅游商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330100)

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，各種數(shù)控機(jī)床的精確性、柔性、可靠性、集成性和宜人性等各方面性能越來(lái)越完善，它在自動(dòng)化加工領(lǐng)域中的占有率也越來(lái)越高。數(shù)控車床的應(yīng)用已滲透到機(jī)械制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)控加工越來(lái)越普及，企業(yè)對(duì)數(shù)控加工高技能人才的需求也越來(lái)越大。

1 數(shù)控車床編程加工方案確定

1.1 確定加工方案的原則

加工方案又稱工藝方案，數(shù)控機(jī)床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路線等內(nèi)容。在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，由于加工對(duì)象復(fù)雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千變?nèi)f化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影響，在對(duì)具體零件制定加工方案時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行具體分析和區(qū)別對(duì)待，靈活處理。只有這樣，才能使所制定的加工方案合理，從而達(dá)到質(zhì)量?jī)?yōu)、效率高和成本低的目的。

制定加工方案的一般原則為：先粗后精，先近后遠(yuǎn)，先內(nèi)后外，程序段最少，走刀路線最短以及特殊情況特殊處理。

1.2 先粗后精

為了提高生產(chǎn)效率并保證零件的精加工質(zhì)量，在切削加工時(shí)，應(yīng)先安排粗加工工序，在較短的時(shí)間內(nèi)，將精加工前大量的加工余量去掉，同時(shí)盡量滿足精加工的余量均勻性要求。

當(dāng)粗加工工序安排完后，應(yīng)接著安排換刀后進(jìn)行的半精加工和精加工。其中，安排半精加工的目的是，當(dāng)粗加工后所留余量的均勻性滿足不了精加工要求時(shí)，則可安排半精加工作為過(guò)渡性工序，以便使精加工余量小而均勻。

在安排可以一刀或多刀進(jìn)行的精加工工序時(shí)，其零件的最終輪廓應(yīng)由最后一刀連續(xù)加工而成。這時(shí)，加工刀具的進(jìn)退刀位置要考慮妥當(dāng)，盡量不要在連續(xù)的輪廓中安排切入和切出或換刀及停頓，以免因切削力突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接輪廓上產(chǎn)生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等疵病。

1.3 先近后遠(yuǎn)

這里所說(shuō)的遠(yuǎn)與近，是按加工部位相對(duì)于對(duì)刀點(diǎn)的距離大小而言的。在一般情況下，特別是在粗加工時(shí)，通常安排離對(duì)刀點(diǎn)近的部位先加工，離對(duì)刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工，以便縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行程時(shí)間。對(duì)于車削加工，先近后遠(yuǎn)有利于保持毛坯件或半成品件的剛性，改善其切削條件。

1.4 先內(nèi)后外

對(duì)既要加工內(nèi)表面(內(nèi)型、腔)，又要加工外表面的零件，在制定其加工方案時(shí)，通常應(yīng)安排先加工內(nèi)型和內(nèi)腔，后加工外表面。這是因?yàn)榭刂苾?nèi)表面的尺寸和形狀較困難，刀具剛性相應(yīng)較差，刀尖(刃)的耐用度易受切削熱影響而降低，以及在加工中清除切屑較困難等。

1.5 走刀路線最短

確定走刀路線的工作重點(diǎn)，主要用于確定粗加工及空行程的走刀路線，因精加工切削過(guò)程的走刀路線基本上都是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的。

走刀路線泛指刀具從對(duì)刀點(diǎn)(或機(jī)床固定原點(diǎn))開始運(yùn)動(dòng)起，直至返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序所經(jīng)過(guò)的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、切出等非切削空行程。

在保證加工質(zhì)量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路線，不僅可以節(jié)省整個(gè)加工過(guò)程的執(zhí)行時(shí)間，還能減少一些不必要的刀具消耗及機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)滑動(dòng)部件的磨損等。

優(yōu)化工藝方案除了依靠大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)外，還應(yīng)善于分析，必要時(shí)可輔以一些簡(jiǎn)單計(jì)算。

上述原則并不是一成不變的，對(duì)于某些特殊情況，則需要采取靈活可變的方案。如有的工件就必須先精加工后粗加工，才能保證其加工精度與質(zhì)量。這些都有賴于編程者實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)的不斷積累與學(xué)習(xí)。

2 坐標(biāo)系的設(shè)定

工件安裝在卡盤上，機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系一般是不重合的。為了便于編程，必須首先設(shè)定工作坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系不重合。

2.1 機(jī)床坐標(biāo)系

數(shù)控車床開機(jī)時(shí)，必須先確定機(jī)床參考點(diǎn)，只有機(jī)床參考點(diǎn)確定以后，車刀移動(dòng)有依據(jù)，否則，不僅編程無(wú)基準(zhǔn)，還會(huì)發(fā)生碰撞事故。

圖1 MJ-50數(shù)控機(jī)床的機(jī)床坐標(biāo)系及機(jī)床參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)的相對(duì)位置

機(jī)床參考點(diǎn)的位置由設(shè)置在機(jī)床X向，Z向滑板上的擋塊通過(guò)行程開關(guān)來(lái)確定。當(dāng)?shù)都芊祷貦C(jī)床參考點(diǎn)時(shí)，裝在X向和Z向滑板上的兩擋塊分別壓下對(duì)應(yīng)的開關(guān)，向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，停止滑板運(yùn)動(dòng)，即完成了返回機(jī)床參考點(diǎn)的操作。在機(jī)床通電之后，刀架返回參考點(diǎn)之前，不論刀架處于什么位置，此時(shí)CRT屏幕上顯示的X，Z坐標(biāo)值均為0。當(dāng)完成了返回機(jī)床參考點(diǎn)的操作后，CRT屏幕上立即顯示出刀架中心在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，即建立機(jī)床坐標(biāo)系。機(jī)床參考點(diǎn)在以下三種情況下必須設(shè)定：

(1)機(jī)床關(guān)機(jī)以后重新接通電源開關(guān)；

(2)機(jī)床解除急停狀態(tài)；

(3)機(jī)床解除超程報(bào)警信號(hào)。

在以上三種情況下，數(shù)控系統(tǒng)失去對(duì)機(jī)床參考點(diǎn)的記憶，以此必須進(jìn)行返回機(jī)床參考點(diǎn)的操作。

2.2 工作坐標(biāo)系的設(shè)定

當(dāng)采用絕對(duì)值編程時(shí)，必須首先設(shè)定工作坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系不重合。

工作坐標(biāo)系是用于確定工件幾何圖形上各幾何要素的位置而建立的坐標(biāo)系，是在編程時(shí)使用的，工作坐標(biāo)系的原點(diǎn)就是工作原點(diǎn)，是人為設(shè)置的。數(shù)控車床工作原點(diǎn)一般設(shè)在主軸中心線與工件左端面或右端面的交點(diǎn)處。

2.3 確定刀具起始點(diǎn)的坐標(biāo)值

工件坐標(biāo)系設(shè)定后，CRT屏幕上顯示的是車刀刀尖相對(duì)于工件原點(diǎn)的坐標(biāo)系。編程時(shí)，工件各尺寸的坐標(biāo)值是相對(duì)于工件原點(diǎn)而言的，因此，數(shù)控車床的工件原點(diǎn)又是程序原點(diǎn)。

圖2 刀具起始點(diǎn)的坐標(biāo)值

3 編程中細(xì)節(jié)問(wèn)題處理

3.1 注意G04的合理使用

G04為暫停指令，其作用是刀具在一個(gè)指令的時(shí)間內(nèi)暫停止加工。該指令由于不做實(shí)際的切削運(yùn)動(dòng)，常常被忽略。但它在對(duì)于保證加工精度及在切槽、鉆孔改變運(yùn)動(dòng)等方面都有很好的好處，常用于以下幾種情況：

(1)切槽、鉆孔時(shí)為了保證槽底、孔底的尺寸及粗糙度應(yīng)設(shè)置G04命令。

(2)當(dāng)運(yùn)行方向改變較大時(shí)，應(yīng)在該改變運(yùn)行方向指令間設(shè)置G04命令。

(3)當(dāng)運(yùn)行速度變化很大時(shí)應(yīng)在其運(yùn)行指令改變時(shí)設(shè)置 G04命令。

(4)利用G04進(jìn)行斷削處理，根據(jù)粗加工的切削要求，可對(duì)以連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分段加工安排，每相鄰加工段中間用G04指令將其隔開。加工時(shí)，刀具每進(jìn)給一段后，即安排所設(shè)定較短的延時(shí)時(shí)間(0.5秒)實(shí)施暫停，緊接著在進(jìn)給一段，直至加工結(jié)束。其分段數(shù)的多少，視斷削要求而定，當(dāng)斷削不夠理想時(shí)，要增加分段數(shù)。

3.2 粗精加工分開編程

為了提高零件的精度并保證生產(chǎn)效率，車削工件輪廓的最后一刀，通常由精車刀來(lái)連續(xù)加工完成，因此，粗精加工應(yīng)分開編程。并且，刀具的進(jìn)、退位置要考慮妥當(dāng)，盡量不要在連續(xù)的輪廓中切入切出或換刀及停頓，以免因切削力的突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接的輪廓上產(chǎn)生劃傷、形狀突變或滯留刀痕等疵病。

編程時(shí)常取零件要求尺寸的中值作為編程尺寸依據(jù)。如果遇到比機(jī)床所規(guī)定的最小編程單位還要小的數(shù)值時(shí)，應(yīng)盡量向其最大實(shí)體尺寸靠攏并圓整。如圖紙尺寸為?80+0.026則編程時(shí)寫X80.013。編程時(shí)盡量符合各點(diǎn)重合的原則。也就是說(shuō)，編程的原點(diǎn)要和設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)、對(duì)刀點(diǎn)的位置盡量重合起來(lái)，減少由于基準(zhǔn)不重合所帶來(lái)的加工誤差。在很多情況下，若圖樣上的尺寸基準(zhǔn)與編程所需要的尺寸基準(zhǔn)不一致，故應(yīng)首先將圖樣上的各個(gè)基準(zhǔn)尺寸換算為編程坐標(biāo)系中的尺寸。當(dāng)需要掌握控制某些重要尺寸的允許變動(dòng)量時(shí)，還要通過(guò)尺寸鏈解算才能得到，然后才可進(jìn)行下一步編程工作。

巧利用切斷刀倒角。對(duì)切斷面帶較小倒角的零件，在批量車削加工中比較普遍，為了便于切斷并避免掉頭倒角，可巧利用切斷刀同時(shí)完成車倒角和切斷兩個(gè)工序，效果較好。同時(shí)切刀有兩個(gè)刀尖，在編程中要注意使用哪個(gè)刀尖及刀寬問(wèn)題，防止對(duì)刀加工時(shí)出錯(cuò)。

總之，數(shù)控車床的編程總原則是先粗后精、先進(jìn)后遠(yuǎn)、先內(nèi)后外、程序段最少、走刀路線最短，這就要求我們?cè)诰幊虝r(shí)，特別注意理論聯(lián)系實(shí)際，并在大量的實(shí)踐中，對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證或修正，做到編制的程序最實(shí)用。

4 結(jié)語(yǔ)

掌握數(shù)控編程基本方法并在此基礎(chǔ)上有更大的提高，必須進(jìn)行大量的編程練習(xí)和實(shí)際操作，在實(shí)踐中積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。編程前，要做大量的準(zhǔn)備工作，如：了解數(shù)控機(jī)床的性能和規(guī)格；熟悉數(shù)控系統(tǒng)的功能及操作；加強(qiáng)工藝、刀具和夾具知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握工藝編制技術(shù)，合理選擇刀具、夾具及切削用量等，將工藝等知識(shí)融入程序，提高程序的質(zhì)量；養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣和風(fēng)格，如程序中要使用程序段號(hào)、字與字之間要有空格、多寫注釋語(yǔ)句等，使程序清晰，便于閱讀和修改；編程時(shí)盡量使用分支語(yǔ)句、主程序及宏功能指令，以減少主程序的長(zhǎng)度。

[1]全國(guó)數(shù)控培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)天津分中心編.數(shù)控編程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室編.數(shù)控車床操作與編程.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.2004.