數(shù)控車床編程與加工技巧探討

摘要：數(shù)控車床的編程和操作都比較復(fù)雜，好的編程能夠根據(jù)車床和被加工零件的特點(diǎn)，使零件的加工質(zhì)量和效率都得到大幅度的提升，而不好的編程則會(huì)限制數(shù)控車床性能的發(fā)揮，甚至最終影響到企業(yè)的生產(chǎn)效益。本文詳細(xì)地探討了數(shù)控車床的編程與加工技巧，旨在幫助編程技術(shù)人員提高數(shù)控車削的編程質(zhì)量和效率，進(jìn)而促使數(shù)控車床的性能得到真正有效的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；數(shù)控編程；技巧

中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1005-1422（2015）04-0116-02

收稿日期：2015-03-03

作者簡(jiǎn)介：莫爵超（1969-），男，湛江機(jī)電學(xué)校講師，本科。研究方向：數(shù)控車床編程與加工。（廣東 湛江/524094） 一、引言

隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控車床在企業(yè)生產(chǎn)制造中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，這一方面提高了我國(guó)機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)水平，尤其是提高了零件的車削效率和精度，但同時(shí)也對(duì)機(jī)床操作人員的技術(shù)水平提出了更高的要求。與傳統(tǒng)手工操作的車床相比，數(shù)控車床的編程和操作都比較復(fù)雜，好的編程能夠根據(jù)車床和被加工零件的特點(diǎn)，使零件的加工質(zhì)量和效率都得到大幅度的提升；而不好的編程則會(huì)限制數(shù)控車床性能的發(fā)揮，甚至最終影響到企業(yè)的生產(chǎn)效益。

要提高數(shù)控車床操作人員的編程水平，提高零件的車削加工精度和效率，除了需要加強(qiáng)編程方面的技術(shù)培訓(xùn)外，還需要一線的編程技術(shù)人員對(duì)日常編程過程中遇到的問題加以總結(jié)，尤其要重視對(duì)數(shù)控車削的編程和加工技巧進(jìn)行分析，通過經(jīng)驗(yàn)與技巧的不斷積累以降低數(shù)控車削編程出錯(cuò)的幾率，以切實(shí)提高編程質(zhì)量，促進(jìn)數(shù)控車床的性能可以在企業(yè)生產(chǎn)加工過程中得到最大限度的發(fā)揮。

二、數(shù)控車床概述

數(shù)控車床與普通車床的最大區(qū)別在于它裝有數(shù)控加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)?shù)控車床操作人員編寫的加工代碼進(jìn)行譯碼，并根據(jù)譯碼結(jié)果對(duì)車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，從而使車床按照加工代碼的要求對(duì)零件進(jìn)行車削加工?？梢赃@樣說(shuō)，數(shù)控加工系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)控車床的“大腦”，數(shù)控車床對(duì)車削加工過程中的控制都是按照加工代碼要求并由數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行完成的。與普通車床相比，數(shù)控車床通常具有以下特點(diǎn)：

（1）對(duì)零件的適應(yīng)性強(qiáng)。數(shù)控車床的加工適應(yīng)性好，當(dāng)遇到新的車削加工任務(wù)時(shí)，只需要按照零件的特點(diǎn)和加工精度要求編寫相應(yīng)的代碼即可，這節(jié)省了大量的加工準(zhǔn)備時(shí)間，尤其對(duì)手工操作難度較大或中、小批量零件的車削加工意義重大。（2）車削精度高，車削加工質(zhì)量穩(wěn)定。目前，數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量普遍控制在了0.0001mm左右，而且很多高精度機(jī)床都采用了電主軸，這消除了機(jī)械傳動(dòng)誤差對(duì)最終車削精度的影響，使得車床的車削精度得到了質(zhì)的飛躍。同時(shí)，數(shù)控加工系統(tǒng)對(duì)加工過程采用了自動(dòng)控制的方式，排除了個(gè)人車床操作水平對(duì)車削質(zhì)量的影響，使得最終得到的零件產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性保持在了一個(gè)較高的水平。（3）車削效率高。數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的變化范圍比普通車床大，因而可以在車削過程中選擇最適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量以提高車削效率，其車削效率一般可以達(dá)到普通車床的 2～3 倍。（4）良好的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)控車床對(duì)零件的適應(yīng)性強(qiáng)，可以隨時(shí)調(diào)整車削加工代碼以適應(yīng)不同零件的車削加工需求，這對(duì)單件、小批量生產(chǎn)特別重要，可以節(jié)省大量的生產(chǎn)費(fèi)用，以獲得一個(gè)滿意的經(jīng)濟(jì)效益。（5）自動(dòng)化程度高。 數(shù)控車床的自動(dòng)化程度高，并且正向著智能化控制的方向發(fā)展，這對(duì)降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)無(wú)人工廠等有積極意義。

三、數(shù)控車床編程與加工技巧

1.巧用由CAD/CAM系統(tǒng)生成的加工代碼

當(dāng)前CAD/CAM一體化技術(shù)的發(fā)展，使得零件的三維造型一旦結(jié)束，系統(tǒng)就能自動(dòng)生成與零件設(shè)計(jì)模型相匹配的數(shù)控加工代碼，雖然因?yàn)榇a智能生成方面的一些問題還有待完善，造成直接由CAD/CAM系統(tǒng)生成的車削加工代碼存在很多錯(cuò)誤的部分，但其中也蘊(yùn)含了零件車削加工過程的大致框架，可以被作為初始“草稿”加以利用。編程技術(shù)人員可以在系統(tǒng)生成代碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，從而有效提高車削加工代碼的編寫質(zhì)量和效率。

2. 善于使用編程模板

車床一般加工回轉(zhuǎn)體零件，而很多回轉(zhuǎn)體零件在結(jié)構(gòu)和加工精度上具有相似性，表現(xiàn)為其加工過程也具有相似性。有經(jīng)驗(yàn)的數(shù)控車削編程人員往往會(huì)制定一個(gè)初始的編程模板，這個(gè)模板可以由確立刀偏、確定主軸轉(zhuǎn)速、快速靠近工件、粗加工循環(huán)、精加工循環(huán)以及退刀等過程組成，可以適應(yīng)絕大多數(shù)軸類零件的車削加工要求。在遇到一個(gè)新的車削加工任務(wù)時(shí)，編程人員可以快速地套用現(xiàn)有模板。例如，在一些模塊內(nèi)填入與該零件車削要求相一致的代碼或刪除、修改一些模塊的代碼等，以提高數(shù)控車削的編程效率。

3.選擇好編程原點(diǎn)

對(duì)數(shù)控車削編程原點(diǎn)的選擇，應(yīng)盡量滿足代碼編制過程簡(jiǎn)單、尺寸換算少以及加工精度高等要求。一般而言，為了方便計(jì)算和編程，降低車削誤差，編程原點(diǎn)一般都設(shè)在零件軸線及其端面上，在增量編程時(shí)還可以將編程原點(diǎn)設(shè)在卡爪前端面的交點(diǎn)上。編程原點(diǎn)的設(shè)置原則是盡量使工藝基準(zhǔn)與零件的設(shè)計(jì)、裝配基準(zhǔn)相一致。對(duì)于數(shù)控車床而言，編程原點(diǎn)一般通過偏移縱坐標(biāo)得到，橫坐標(biāo)不偏移，但在某些特殊的加工要求下（如在加工非圓曲線或大深度圓弧不能利用毛坯切削循環(huán)時(shí)），也可以將編程原點(diǎn)沿橫坐標(biāo)方向進(jìn)行適當(dāng)偏移。

4.制定好刀具軌跡

刀具軌跡（如圖1所示）是零件成形的關(guān)鍵，刀具軌跡制定的優(yōu)劣對(duì)數(shù)控車削效率、表面質(zhì)量和車削精度都會(huì)產(chǎn)生重要的影響。編程技術(shù)人員在制定刀具軌跡時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：（1）盡量縮短刀具軌跡以提高車削效率。首先應(yīng)選好循環(huán)起點(diǎn)。在循環(huán)加工中，將循環(huán)起刀點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)分離，在滿足零件加工需要的前提下，使起刀點(diǎn)盡量靠近零件，減少空走刀行程。其次，應(yīng)設(shè)置好切削循環(huán)參數(shù)。在充分保障被加工零件剛性和工藝性要求的基礎(chǔ)上，可以把切削深度設(shè)置地大一些，把粗切削次數(shù)設(shè)置地小一些，以減少循環(huán)次數(shù)，縮短刀具軌跡路線。（2）精加工表面應(yīng)一次連續(xù)加工完成。為了保障零件加工精度滿足設(shè)計(jì)要求，在安排零件可以一刀或多刀進(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)加工完成。此時(shí)，車刀的進(jìn)、退刀位置要合理設(shè)置，并盡量避免在連續(xù)加工過程中安排切入、切出或其他停頓等過程，以避免因切削力的變化而造成零件彈性變形，甚至造成光滑連接輪廓上產(chǎn)生表面劃傷。（3）確保加工過程的安全性。編寫車削加工代碼時(shí)，要避免車刀的加工軌跡與工件相撞、避免車刀與非加工面的干涉。在加工過程中容易犯這樣的錯(cuò)誤，忽視零件工序的毛坯尺寸，而僅僅依據(jù)最終尺寸來(lái)編寫車削加工代碼，導(dǎo)致進(jìn)刀或退刀時(shí)撞工件。

圖1粗車某零件左端外形的刀具軌跡曲線

5.選擇適合的圓弧的加工方法

對(duì)于較淺的圓弧，可以通過一次走刀車削完成；而對(duì)于深度較大的圓弧或高度較高的凸圓弧，為了避免一次走刀的背吃刀量過大，應(yīng)采取多次車削走刀的加工方法。此時(shí)，為了簡(jiǎn)化加工代碼，一般采用條件跳轉(zhuǎn)的加工方式，如深凹圓弧通常采取等玄長(zhǎng)加工和等半徑的加工方式；高凸圓弧通常采取仿形法或逼近法的加工方式。

數(shù)控車床編程與加工技巧探討 6.用好循環(huán)和子程序

為了簡(jiǎn)化編程，對(duì)于大余量車削加工，通常在編寫加工代碼時(shí)應(yīng)注重應(yīng)用好循環(huán)模式和子程序調(diào)用。例如，在工件中含有圓柱、圓弧、寬溝槽、螺紋以及橢圓表面時(shí)，通常首先采取毛坯循環(huán)加工單調(diào)遞增的圓柱和圓弧表面，然后利用切槽循環(huán)加工溝槽，再利用螺紋切削循環(huán)加工螺紋，橢圓曲線不能利用循環(huán)加工，要另外編寫子程序來(lái)加工。此外，在零件的實(shí)際車削加工過程中，經(jīng)常容易碰到某一固定的車削走刀過程重復(fù)出現(xiàn)，此時(shí)可以將這部分加工過程編寫成子程序，并在根據(jù)需要時(shí)隨時(shí)調(diào)用。對(duì)于那些車削走刀軌跡的圖形結(jié)構(gòu)一致，僅僅只是圖形大小和一些具體尺寸存在差異的系列零件的編程，可以采用變量編程法以提高編程效率。

7.養(yǎng)成規(guī)范的調(diào)試動(dòng)作

在編寫車削加工代碼時(shí)，要養(yǎng)成規(guī)范的調(diào)試動(dòng)作。如把G0速度選擇開關(guān)打在F0擋上，讓刀具以較慢的速度靠近工件；編程技術(shù)人員在車床執(zhí)行上一句語(yǔ)句后，必須再次檢查下一句的正誤性和合理性，并相應(yīng)作出調(diào)整；車床在執(zhí)行加工任務(wù)的過程中，編程人員必須實(shí)時(shí)關(guān)注程序中的運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)坐標(biāo)與刀具實(shí)際運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)是否一致；調(diào)試過程中，編程技術(shù)人員要時(shí)刻記住緊急按鈕的位置，以便在需要時(shí)緊急終止代碼執(zhí)行，減少因?yàn)榫幊毯筒僮鞑划?dāng)而造成對(duì)數(shù)控車床的損害。

四、結(jié)語(yǔ)

通過以上分析可知，數(shù)控車床編程的最終目的是要高效、高質(zhì)、安全地完成零件的車削加工任務(wù)，而不是為了編程而編程。只有在正確理解數(shù)控車床加工代碼含義的基礎(chǔ)上，通過編程經(jīng)驗(yàn)積累并掌握一定的技巧，才能使數(shù)控車床的性能得到真正有效的發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁應(yīng)選，王占領(lǐng)，嚴(yán)國(guó)英等.數(shù)控車床編程與加工技巧探討[J].機(jī)床與液壓， 2013（16）：186-187.

[2]王寶劍.基于數(shù)控車編程及加工技巧的探討[J].科技資訊，2011（34）：57.

[3]莫榮林.數(shù)控車床零件加工中的編程經(jīng)驗(yàn)與技巧[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2012（6）：50-51.

[4]劉明璽.西門子系統(tǒng)數(shù)控車床螺紋加工參數(shù)化編程方法研究[J].西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（4）：4-6.

[5]黃明政.探討數(shù)控機(jī)床加工編程技巧的重要性[J].中國(guó)科技博覽，2014（2）：534-535.

責(zé)任編輯朱守鋰