基于数控车床加工程序编制的分析

摘 要：数控技术及数控机床在现代机械制造业中越来越重要，更多的数控机床代替了普通机床，从而使中职学校“以就业为向导”的教学模式也建立起数控实训基地。在教学中要实现数控机床加工就要编制相对应的程序，在编制程序之前首先要考虑好整个加工的工工艺路线，在此就工作中一些教学经验，对以下几个问题谈谈个人的看法。

关键词：加工工艺路线；程序编制；数控车床

在数控车削中，整个加工过程是数控车床按照编制程序的指令自动加工，一个完整的程序指令贯穿整个零件的加工。但由于编程者的实践经验不同其加工方法也各不相同，编制的加工程序存在不同的差异，最终其生产效率差别也比较大，因此编制合理的加工程序在实际生产加工中显得尤为重要。作为数控教师在数控车加工程序编制课程的教学中，我们不难发现学生所编制的加工程序在确定加工工艺和G指令的选择上过于理想化，从而使加工结果的粗糙度和精度一般情况下很难保证。加工粗糙度和精度不理想，除刀具、机床本身的问题以外，还要合理使用加工工艺、走刀路径、G指令、刀具选择、主轴转速、进给量等参数，。

1.分析加工工艺路线

看到一个加工工件图时，首先要确定整个加工工艺路线，确定工艺路线要注意以下几个方面：

1.1保证装夹，安全加工

如图上面工件图，毛坯长95mm，学生一看到这个图样总觉得无从下手，如果没认真考虑的话，学生往往会考虑先车削右后左，具体车到什么位置调头，没有太多的想法，就这个图而言在此可以先把右端粗车到φ40的圆柱位置并留1mm的余量，再精车，然后调头装夹φ40粗车左端，再进行精车。这样就保证了工件的装夹，又能安全加工。

1.2先粗后精，精车不换刀

在车削加工中，应先安排粗加工工序。在较短的时间内，将加工的毛坯余量去掉，以提高生产效率。同时也满足了精加工的余量均匀要求，以保证精加工的质量。在数控车床的精加工工序中，最后一刀的精车加工最好一次连续加工整个工件外圆轮廓，尽量不要在连续的轮廓中切入切出或换刀及停顿，避免接刀痕迹。如上图中大多数学生考虑的是G73尖刀粗精加工整个工件外圆轮廓，加工效率低刀具磨损快，选择用G71先粗车，再用精车刀精车φ20×10、R20，然后用G73精车刀精车锥度和R10，这样能保持整个圆轮廓的精度和粗糙度，而且也可以提高整个加工的车削效率。

1.3先近后远，提高效率

一般情况下，在数车加工中通常安排离起刀点近的部位先加工，离起刀点远的部位后加工，避免走空刀，可以提高整个加工的工作效率。

1.4先内后外，减少受力

有内外配合的工件，首先要加工内孔，因为内孔加工受力比较大，所以要在保证内孔配合精度后再进行加工外圆表面。

1.5避免干涉，保证精度

制订工艺路线时还要考虑每个加工工位的先后顺序，考虑加工时刀具是否产生干涉，造成加工干涉的原因通常是由于刀具拐角没有考虑周到，在在整个加工过程中避免产生干涉才能更好地保证精度。

2.分析零件图，准确计算坐标

分析零件图是编程的首要工作，直接影响程序的编制及加工结果。在讲到分析零件图样准确计算各接点坐标时，可根据一个零件图分析加工轮廓的几何条件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及形状和位置公差要求，确定控制其尺寸精度的加工工艺，如粗、精车刀具的选择及切削用量、转速的确定等；分析形状和位置公差要求，根据形位公差要求；考虑编程前的技术处理关方案；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，件数的要求对工序、走刀路线作出合理的安排；根据图纸准确计算各个接点坐标，对于曲面接点，为了能更准确地找到坐标也可以通过绘图软件计算并且保留三位小数。

3.确定走刀路线，减少空走行程

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。

4.合理调用G指令，使程序简短化

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。如上图中的零件，如果毛坯均为棒料，可以用直线插补命令G01进行编程，也可以用内外圆循环命令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。用G01命令确定的走刀路线，与用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。用G71式加工路线，首先走内外圆循环进给路线，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命令精车综合运用还可以使程序简短，编程时常用。所以在编程中要灵活应用，选用合理的G命令进行编写程序，会使程序简短化。

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时。这，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。

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。

合理使用子程序简化程序，如图中工件有3个相同的切槽，编程时可把切槽编成一个子程序，切槽时调用子程序即可完成切槽切削，大大简化了程序。

5.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。

6.编程中细节问题处理

6.1注意G04的合理使用

G04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。

6.2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。如果图纸尺寸为φ 则编程时写X80，其偏差值可用刀补来控制。

6.3编程时尽量符合各点重合的原则。也就是说，程序的原点、设计的基准、对刀点的位置尽量重合起来，这样可以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。

6.4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。

6.5合理选择G01切槽。通常G75切槽时，槽底粗糙度较大，合理选择G01切槽可以降低槽底粗糙度。

6.6合理调用刀补指令。合理调用刀补指令可以防止漏切，如圆弧、锥面的切削，由于刀具存在实际刀尖圆弧，由于编程是以假想刀尖点编程的，因此在切削工件的圆弧、锥面时往往存在漏切，为防止漏切必须加刀尖圆弧半径补偿。

6.7合理选择刀具。刀具的材料、刀具的形状、角度的大小、刃口的锋利程度都会影响切削速度的选取，在加工过程中要合理选择才能更保证加工的粗糙度和精度。

总之，数控车床的编程是千变万化的，作为为教师应该要求学生牢记数控车床的编程原则：先粗后精、先近后远、先内后外、少走空刀、合理应用各G命令和参数，不断总 结经验，在实际生产，不断进行验证或修正程序，使程序不断合理精干实用，最终能保证精度和粗糙度。