论数控加工工艺及实际应用

摘要：随着科学技术的发展，工业产品的高质量和低成本是企业在生产中追求的目标。在生产加工设备、刀具、工装夹具和测量等条件符合要求的情况下，产品生产的加工工艺是一个关键问题，能否加工出高质量低成本的产品，是检验加工工艺是否合理的标准。基于兴趣，理论结合实践，笔者设计了一小零件――笔杆。

关键词：笔杆 编程 数控车削 加工工艺

中图分类号：G718 文献标识码： C 文章编号：1672-1578（2012）11-0206-02

1 数控车床加工工艺

数控车床加工时，制定工艺方案是整个加工过程中重要的一个环节，因而要与其他加工工序衔接好。全面考虑零件的整个加工工艺内容，在切削加工工序之间合理安排工序，协调好各个工序的安排顺序，有利于提高零件的质量，工序安排的科学与否直接影响到零件的加工质量、生产效率和成本。对形位精度要求较高的表面安排在一次装夹下完成，可避免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。一般来说，在一次装夹中应一次性完成对所能加工的表面内容进行粗精加工至尺寸要求。减少装夹次数，提高加工工艺效率。因而应注意以下几个方面 数控加工工艺具有以下特点：

1.1数控加工工艺特点

由于在数控机床加工工件时对加工工艺用的是广义的工序，所以与一般的机床工件加工情况是有区别的，主要在工件的道具使用以及加工录像和配备都有区别。

由于每次加工所需刀具均预调装于刀库上，因此，在数控机床上加工工件时刀具配置、安装和使用均不需中断加工过程，使加工过程连续。

较高的加工精度。通常在数控机床上一般一次加工就可达到所要求的精度，不需要分精与粗的加工。

工件一次装夹，能完成多个部位和型面的加工，甚至完成工件的全部加工内容，特别是具有多个动力头和四轴以上的数控机床。

之所以要求对加工工艺创成规程的工序内容进行详细制定的要求，并且不能对其随便改动，因为数控加工工艺的工序一般相对集中。

1.2 合理选择切削用量

对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。

切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少

1/2。

进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。

用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。

最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。

然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。

1.3 合理选择刀具

粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。

精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。

为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。

1.4合理选择夹具

尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具。

零件定位基准重合，以减少定位误差。

1.5确定加工路线

加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。

应能保证加工精度和表面粗糙要求；

应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间；

2 数控车削加工保证尺寸精度的技巧

2.1修改刀补值保证尺寸精度

由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求时，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，保证径向尺寸方法如下：

2.1.1绝对坐标输入法

根据“大减小，小加大”的原则，在刀补001～004处修改。如用1号切断刀切槽时工件尺寸大了0.1mm，而001处刀补显示是X2.2，则可输入X2.1，减少1号刀补。

2.1.2相对坐标法

如上例，001刀补处输入U-0.1，亦可收到同样的效果。

同理，对于轴向尺寸的控制亦如此类推。如用2号外圆刀加工某处轴段，尺寸长了0.1mm，可在002刀补处输入W0.1。

2.2半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度

对于大部分数控车床来说，使用较长时间后，由于丝杆间隙的影响，加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。这时，我们可在粗加工之后，进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。如用1号刀G71粗加工外圆之后，可在001刀补处输入U值，调用G70精车一次，经过几次半精车，消除了丝杆间隙的影响，保证了尺寸精度的稳定。

2.3程序编制保证尺寸精度

2.3.1绝对编程保证尺寸精度

编程有绝对编程和相对编程。相对编程是指在加工轮廓曲线上，各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。也就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，连续位移时必然产生累积误差，绝对编程是在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程小。数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，最好采用绝对编程。

2.3.2数值换算保证尺寸精度

很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。比如取两极限尺寸平均值就可得到编程尺寸。

通过我们边学习边操作训练，感觉收获很多。想验证一下自己真实的水平。请欣赏“我的设计――笔杆”如下，实际应用。

3 数控加工工艺的实际应用

数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。

3.1笔杆加工的工艺图：

a. 笔杆―CAD设计 （附图一）

b. 笔杆―PRO/E设计 （附图二）

3.2笔杆加工的编程工艺

O0088； （加工材质：铝；工具刀片：硬质合金）

T0101；

M03 S600 F0.2；

G00 X33 Z2；

G71 U1 R0.5； （U1指切削深度为1mm；R0.5指退刀量为0.5mm）

G71 P10 Q20 U0.3 F0.1； （U0.3指X方向精加工切削余量为0.3mm；F0.1指切削进给速度为0.1mm/r）

N10 G0 X1.5；

Z0；

G01 X3 C0.3；

X10 Z-12； （Z-12指Z方向的绝对坐标值为12）

Z-13；

X10.1；

G01 W-1.5； （W-1.5指Z方向的相对坐标值为1.5）

X9.2；

Z-16.5；

X10.1 C0.1；

Z-21；

X10 Z-46；

N20 G00 X33；

G00 X100； （返回参考点）

M05 M00； （M05指主轴停转；M00指程序暂停）

T0101；

M03 S850；

G00 X33 Z2；

G70 P10 Q20； （G70指精加工）

G00 X100；

Z100；

M05 M30； （M30指程序结束）

由于此零件程序较长，因此只编写了一部分。数控程序一般按零件轮廓编制，按零件的基本尺寸并结合各加工形面的具体公差要求编制。按基本尺寸编程，用刀具半径补偿考虑公差带位置，每把刀具有相应的刀补值，适用于各个尺寸使用不同刀具进行加工；按极限尺寸平均中值编程，使用一把刀具同时加工出各尺寸，编程前的参数值计算较繁琐。减小累计误差的影响，数控系统在进行快速移动和插补的运算过程中，会产生累计误差，当它达到一定值时，会使机床产生移动和定位误差，影响加工精度。在程序中适当插入回参考点指令，机床回参考点时，会使各坐标清零，这样便消除了数控系统运算的累积误差，有益于保证加工精度。有换刀要求时，可回参考点换刀，这样一举两得。实际加工中，巧妙利用返回参考点指令，可以提高产品精度和加工时间也方便操作者。

介绍笔杆加工工艺路线：首先夹持工件毛坯右端，加工笔壳的左端，锥度部分，并车削Z方向数值为46mm；然后调头夹持工件左端，加工工件右端的圆弧，凹形的椭圆，凸形的椭圆，一次性加工成型；由于工件尺寸太小，为了便于加工，只能再调头加工左端的凹形椭圆，且左右两个椭圆尺寸相同。

4 结语

该工艺方案能满足零件的加工精度要求，虽然在程序编辑上比较多，但基本上无空走刀，加工工时较少，成本低，适用于批量生产。一般在数控加工中，技术条件，质量管理，机床操作水平，机器保养及维修等各方面要求较高，在此只要按照图纸分析，制作好加工工艺，做好相关数据分析，就可以得到我们所需的产品，满足客户的要求。

参考文献：

[1]赵长旭.数控加工工艺[M].西安电子科技大学出版社，2008.

[2]张萌克.机械制图[M].机械工业出版社，2008.

[3]谢晓红.数控机床编程与加工技术[M].中国劳动社会保障出版社，2008.

作者简介：任桔，1983年8月出生，女，江苏宜兴人，职称：助理讲师，研究方向：数控。