浅谈数控车床加工程序的编制

 在数控车削中，程序贯穿整个零件的加工过程。由于每个人的加工方法不同，编制加工程序也各不相同，但最终的目的是为了提高数控车床的生产效率，因此对于选择最合理的加工路线显得尤为重要。本文将从确定走刀路线、选择合适的G命令等细节出发,分析在数控车削中程序的编制方法。 

一、分析零件图样 
    分析零件图样是工艺准备中的首要工作，直接影响零件的编制及加工结果。主要包括以下几项内容： 
    分析加工轮廓的几何条件：主要目的是针对图样上不清楚尺寸及封闭的尺寸链进行处理。 
    分析零件图样上的尺寸公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺，如刀具的选择及切削用量的确定等。 
    分析形状和位置公差要求：对于数控切削加工中，零件的形状和位置误差主要受机床机械运动副精度的影响。在车削中，如沿Z坐标轴运动的方向与其主轴轴线不平形时，则无法保证圆柱度这一形状公差要求；又如沿X坐标轴运动的方向与其主轴轴线不垂直时，则无法保证垂直度这一位置公差要求。因此，进行编程前要考虑进行技术处理的有关方案。 
    分析零件的表面粗糙度要求，材料与热处理要求，毛坯的要求，件数的要求也是对工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。 
二、合理确定走刀路线，并使其最短 
    确定走刀路线的工作是加工程序编制的重点，由于精加工切削程序走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此主要内容是确定粗加工及空行程的走刀路线。走刀路线泛指刀具从对刀点开始运动起，直到返回该点并结束加工程序所经过的路径。包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。使走刀路线最短可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损。下图1所示为三种车锥方法，用矩形循环命令进行加工，来分析一下走刀路线合理确定。 
    平行车锥法，这种方法是每次进刀后，车刀移动轨迹平行于锥体母线，随着每次进刀吃刀，Z相尺寸按一定比例增加，与普车加工锥体方法相同，使初学者易懂。Z向尺寸的计算方法是按公式C=D-d／L得出。若C为1：10，含义是直径X上去除1毫米，长度Z上增加10毫米。按该比例可以很简单的进行编程，并且可以保证每一次车削的余量相同使切削均匀。图1b为改变锥角车锥法，是随着每一次X向进刀，保持Z向尺寸为图纸尺寸,每一刀都改变了锥角的大小，只有最后一刀是图纸要求的锥角大小。这种车锥法可以不必进行每次Z向尺寸的计算，但在加工中由于Z向尺寸相同，使加工路线较长，同时切削余量不均匀，影响工件的表面尺寸和粗糙度，一般适合于锥面较短，余量不大的锥体中。图1c为阶台加工锥体法，这种加工法是每一次走刀轨迹平行于工件的轴线，加工出许多小的阶台，最后一刀车刀沿锥体斜面进行走刀，这种加工方法要先做1：1比例图，否则易车废工件，由于是台阶状，所以余量不均匀，影响锥面加工质量。 
    显然，上述三种切削路线中，如果起刀点相同，则平行法车锥体路线最合理，生产中常用此法进行加工。 
三、合理调用G命令使程序段最少 
    按照每个单独的几何要素(即直线、斜线和圆弧等)分别编制出相应的加工程序，其构成加工程序的各条程序即程序段。在加工程序的编制工作中，总是希望以最少的程序段数即可实现对零件的加工，以使程序简洁，减少出错的几率及提高编程工作的效率。 
    由于数控车床装置普遍具有直线和圆弧插补运算的功能，除了非圆弧曲线外，程序段数可以由构成零件的几何要素及由工艺路线确定的各条程序得到，这时应考虑使程序段最少原则。选择合理的G命令，可以使程序段减少，但也要兼顾走刀路线最短。如加工上图1的零件，如果毛坯均为棒料，可以用直线插补命令G01进行编程，也可以用矩形循环命令G90进行编程，还可以用复合循环命令G71进行编程，都可以加工该工件。如下图2所示，图2a为用G01命令确定的走刀路线，与图2b用G90命令确定路线相同，但用G01时编程复杂，程序段较多，常用于精加工程序中。图2c为用G71式加工路线,首先走矩形循环进给路线，最后两刀走轮廓的得等距线和最终轮廓线，走刀路线不是很长，且切削量相同，切削力均匀，与G70命令合用还可以使程序编制简单，编程时常用。如果使用的数控车床没有此命令，应该首先选用G90矩行循环命令进行编程。所以在编程中要灵活应用，选用合理的G命令进行程序编制。 
    对于非曲线轨迹的加工，所需主程序段数要在保证其加工精度的条件下，进行计算后才能得知。这时，一条非圆曲线应按逼近原理划分成若干个主程序段（大多为直线或圆弧），当能满足其精度要求时，所划分的若干个主程序的段数应为最少。这样，不但可以大大减少计算的工作量，而且还能减少输入的时间及内存容量的占有数。 
四、合理安排“回零”路线 
    在编制较复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不易出错，又便于校核，编程者有时将每一刀加工完后的刀具终点通过执行“回零”指令（即返回对刀点），使其全返回对刀点位置，然后在执行后续程序。这样会增加走刀距离，降低生产效率。因此，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即满足走刀路线最短的要求。 
五、合理选择切削用量 
    数控车削中的切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动大小的重要参数，包括切削深度、主轴转速、进给速度。它们的选择与普车所要求的基本对应一致，但数控车床加工的零件往往较复杂，切削用量按一定的原则初定后，还应结合零件实际加工情况随时进行调整，调整方法是利用数控车床的操作面板上各种倍率开关，随时进行调整，来实现切削用量的合理配置，这对操作者来说应该具有一定的实际生产加工经验。 
六、编程中细节问题处理 
    1、注意G04的合理使用 
04为暂停指令，其作用是刀具在一个指令的时间内暂停止加工。该指令由于不做实际的切削运动，常常被忽略。但它在对于保证加工精度及在切槽、钻孔改变运动等方面都有很好的好处，常用于以下几种情况： 
    （1）切槽、钻孔时为了保证槽底、孔底的的尺寸及粗糙度应设置G04命令。 
    （2）当运行方向改变较大时，应在该改变运行方向指令间设置G04命令。 
    （3）当运行速度变化很大时应在其运行指令改变时设置 G04命令。 
    （4）利用G04进行断削处理，根据粗加工的切削要求，可对以连续运动轨迹进行分段加工安排，每相邻加工段中间用G04指令将其隔开。加工时，刀具每进给一段后，即安排所设定较短的延时时间（0.5秒）实施暂停，紧接着在进给一段，直至加工结束。其分段数的多少，视断削要求而定，当断削不够理想时，要增加分段数。 
2、粗精加工分开编程 
    为了提高零件的精度并保证生产效率，车削工件轮廓的最后一刀，通常由精车刀来连续加工完成，因此，粗精加工应分开编程。并且，刀具的进、退位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中切入切出或换刀及停顿，以免因切削力的突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接的轮廓上产生划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。 
3、编程时常取零件要求尺寸的中值作为编程尺寸依据。 
    如果遇到比机床所规定的最小编程单位还要小的数值时，应尽量向其最大实体尺寸靠拢并圆整。如图纸尺寸为Ø 80+00、026则编程时写X80.013。 
4、编程时尽量符合各点重合的原则。

    也就是说，编程的原点要和设计的基准、对刀点的位置尽量重合起来，减少由于基准不重合所带来的加工误差。在很多情况下，若图样上的尺寸基准与编程所需要的尺寸基准不一致，故应首先将图样上的各个基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。当需要掌握控制某些重要尺寸的允许变动量时，还要通过尺寸链解算才能得到，然后才可进行下一步编程工作。

5、巧利用切断刀倒角。

    对切断面带一倒角的零件，在批量车削加工中比较普遍，为了便于切断并避免掉头倒角，可巧利用切断刀同时完成车倒角和切断两个工序，效果较好。同时切刀有两个刀尖，在编程中要注意使用哪个刀尖及刀宽问题，防止对刀加工时出错。 总之，数控车床的编程总原则是先粗后精、先进后远、先内后外、程序段最少、走刀路线最短，这就要求我们在编程时，特别注意理论联系实际，并在大量的实践中，对所学的知识进行验证或修正，做到编制的程序最实用。