论数控车削手工编程过程中的细节问题

[摘 要]随着计算机技术的快速发展及在制造行业的不断应用，传统的制造技术获得了很大的突破。尤其是将软件技术应用于数控设备，更加突出了产品的多样化和提高了产品的各方面精度。但是在自动编程软件还没有通用的情况下，仍然需要依靠手工编程。尤其针对数控车工的编程，想要充分发挥数控车床的具体作用，就要根据不同的零件特点，编制合理、高效的加工程序。常用手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序、程序校验等各步骤主要由人工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及编程易于实现的场合等。对于几何形状复杂的零件，以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。为了使数控系统能够充分发挥其优越性，也为了在以后的编程工作中编制出更加合理的加工程序，下面就以FANUC0i-Mate-TC系统为例，就数控车床零件加工的手工编程的细节问题做一些探讨。

[关键词]数控技术；手工编程；数控加工

中图分类号：TG552 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0034-02

一、合理设定程序原点

数控车削编程时，首先要选择工件上的一点作为数控程序原点，以此为原点建立一个工件坐标系。工件坐标系的正确确定，对数控编程及加工时的工件找正都很重要。程序原点的设定方式一般有两种：1）工件轴线与右端面的交点2）工件轴线与左端面的交点。程序原点的选择要尽量满足程序编制的需要，尺寸换算少，引起的加工累计误差小等条件。为了提高零件加工精度，方便计算和编程，我们通常将程序原点设定在工件轴线与工件右端面交点上，而且尽量使编程基准与设计、装配基准重合。

另外，对于需要多把刀具进行加工的零件，也可根据实际情况的不同，设置不同的程序原点。如图（1）所示的长拉杆，在编制加工程序时，外圆刀的程序原点可设置在毛坯装夹后的轴线与右端面的交点。而切1.75mm槽时，由于顶尖的限制，在右端面进行切槽刀的Z轴对刀操作会形成干涉，此时，就可将切槽刀的Z轴方向程序原点设置在Φ19、85±0.2轴段的轴肩处。

二、合理选择进给路线

进给路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，即刀具从对刀点开始进行进给运动起，直到结束加工程序后退刀返回该点所有的路径，是编写程序的重要依据之一。对于复杂的零件加工，我们通常需要用到单一和复合循环指令，如：G90、G71、G72、G73，这些指令的运用可以简化程序，但是循环起点的设定却非常重要，如果路线不合适，在返回参考点和退刀过程中，就会造成误加工或者车刀撞到工件，所以合理地选择进给路线对于数控加工是很重要的。编程时可以从以下几个方面进行考虑：

1、缩短进给路线，减少空行程

（1）合理安排起刀点。在循环加工中，根据工件的实际加工情况，将起刀点与对刀点分离，在确保安全和满足换刀需要的条件下，使起刀点应尽量靠近工件，减少空走刀行程，缩短进给路线，节省在加工过程中的执行时间。外径循环加工中，X轴循环起点一般大于或等于毛坯直径，内孔加工循环中，X轴循环起点一般稍小于钻孔直径，Z轴方向一般都是离开工件右端面2～5mm左右。

（2）在编制复杂轮廓的加工程序时，通常需要多把刀具进行加工，在进行换刀时，通过合理安排回零路线，使前一刀具的切削终点与后一刀具的切削起点间的距离尽量短，以缩短下一刀的进给路线，提高生产效率。通常安全的换刀距离在距离工件右端面100mm的位置上，以确保换刀时不碰撞工件，且可以缩短空行程的距离。

（3）在粗加工或半精加工时，毛坯余量较大，这时可采用普通机床的加工方式，在提高加工效率和保证机床性能的前提下，采用较大的背吃刀量和较大的进给量尽快的去除加工余量，然后采用合适的循环加工方式。如使用G73进行仿形循环加工时，可在保证被加工零件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等加工工艺性等要求的前提下，选择采取最短的切削进刀路线，提高生产效率。

2、保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求

（1）合理选择起刀点、切入点和切入方式，保证切入方式平稳，没有突然冲击。解决方式为可以定位刀具的起点位置在离开工件右端面2～5mm的位置。这样主轴带动工件充分旋转后，刀具在缓冲位置平稳进刀。为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。认真考虑刀具的切入和切出路线，尽量减少在轮廓处停刀，以免切削力突然变化造成弹性变形而留下刀痕。一般应沿着零件表面的切向切入和切出，避免沿工件轮廓垂直方向进刀而划伤工件。

（2）选择工件在加工后变形最小的路线。对细长轴零件或薄壁零件，为避免在加工过程中因受切削力影响而变形和热伸长，应采用增加走刀次数，或对称去处余量安排进给路线。螺纹工件的加工中，因螺纹刀的刀尖在刀头的中间部位，在确定轴向移动尺寸时，必须考虑刀具的引入长度δ1和切出长度δ2。

3、保证加工过程的安全性

加工过程中的安全操作至关重要，在程序编制中，一定要避免刀具和非加工表面的干涉，并避免刀具和工件相撞。在进行沟槽和切断零件的加工中，在编程时要保证切断刀进、退刀点应与沟槽方向一直，进刀速度不能用“G00”的快移速度。而且在编制退刀路线时一定避免“X、Z”同时移动。尤其是在切断零件的编程时，习惯上认为直接切到工件中心，但是为了避免由于刀具未安装在中心上引发的刀尖损坏，因此，在编制切断程序时，应将切断刀的切削终点设为X2～X3mm。此时，从理论上看工件是没有被切掉的，若后续的退刀路线是X、Z轴同时退刀，刀具与工件会发生干涉而损伤刀头。所以在使用切断刀时，退刀路线尽可能地先退X轴，再退Z轴。

4、简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量

在实际的生产操作中，经常会碰到加工形状的重复出现，比如连续切槽和切断，这种直径方向尺寸不变，长度方向有规律的变化的工件，可以把这部分相同的操作编成一个子程序。在主程序中给定调用的次数，使主程序编写变得简单、快捷。对那些图形一样、尺寸不同或工艺路径一样、只是位置数据不同的系列零件的编程，可以采用宏指令编程，使用变量，减少计算复杂的过程和编程量。

三、准确掌握循环切削指令的加工特点并进行合理选用

在FANUC0i-Mate-TC数控系统中，数控车床有十多种切削循环加工指令，每一种指令都有其加工特点，各自的编程方法也有所不同，我们在选择的时候要仔细分析，合理选用，争取编制出最优化的加工程序。

1、如螺纹切削加工指令就有：G92、G76、G32，由于切削刀具的进刀方式不同，使这几种指令的加工方法不同，各自的编程方法、造成的误差情况和精度也不一样。G92螺纹切削单一循环采用直进式进刀方式进行螺纹切削，螺纹中径误差较大，但牙型精度较高，一般多用于小螺距、高精度的螺纹加工，缺点是加工程序段要跟切削次数一样多，稍显繁琐；G76螺纹切削复合循环采用斜进式进刀方式进行螺纹切削，牙型精度较差，但工艺性较合理、编程效率较高，不管要分多少刀加工螺纹，都只需要两段程序，适用于大螺距、较低精度的螺纹加工，在螺纹精度要求不高的情况下此加工方法更为简单、方便；基础指令G32编程程序段多，容易出错，但是加工精度高，使用范围广。我们掌握了各自的加工特点及适用范围，就可以根据工件的加工特点与工件要求的精度正确灵活的选用这些循环指令。比如：加工高精度、大螺距的螺纹，就可以采用G92与G76混用的方法，即先用G76进行螺纹粗加工，再用G92进行精加工，需要注意的是粗精时的起刀点要相同，以防止螺纹乱扣。再比如图（2）所示：沟槽很窄只有3L，如用G92、G76来加工根本达不到要求，因为它们都带有退刀功能，还未加工到位就开始退刀（在不能自由的修改参数的情况下），螺纹不能完全清根，而G32就可以满足这一点，在刀具宽度合适的情况下，只需要给定螺纹长度22加上超越长度δ2即可。

2、如将φ65mm的毛坯棒料加工成图（3）所示零件。如果用最基本的方法编程，逐层的去除毛坯，我们需要计算在加工到圆锥和圆弧形状时，每到哪一步必须退刀，不然很容易造成过切或者留有很大的余量。而用G71、G73的方法加工，就可以使编程简单、切削厚度均匀，对于加工工艺也可以起到一定的作用，免去了计算的麻烦和误差，大大的提高了生产效率。

四、灵活使用指令代码，保证零件的加工质量和精度

1、适当返回参考点

参考点是机床上一个固定的点，通过参考点返回功能，刀具可以很容易的移到该位置。参考点主要用作自动换刀或设定机床坐标系。刀具能否准确的返回参考点，是衡量其重复定位精度的重要指标，也是数控加工保证其尺寸一致性的前提条件。自动加工中，适当返回参考点，可以提高产品的精度。对于重复定位精度很高的机床，为了保证主要尺寸的加工精度，在加工前，刀具可先返回参考点再重新运行到加工位置。如此做法的目的实际上是重新校核一下基准，来确定加工的尺寸精度。

2、混合方式编程的结合运用

混合方式编程就是增量值U、W与绝对值X、Z的结合运用。增量编程是以刀尖所在位置为坐标原点，刀尖以相对于坐标原点进行位移来编程。就是说，增量编程的坐标原点经常相互变换，运行是以现刀尖点为基准控制位移，那么连续位移时，必然产生累计误差。绝对编程在加工的全过程中，均有相互统一的基准点，即坐标原点，所以累计误差较增量编程误差小。数控车削加工时，工件径向尺寸的精度比轴向尺寸精度高，而且为了编程计算方便，一般采用绝对编程，但对于直接标注距离值的轴向尺寸，或者在工件的中间部位的直线倒角和圆弧倒角，为了计算简便，常采用增量编程。综合以上所述，在编程时按照工艺的要求，进行增量编程和绝对编程的混合灵活使用，即：直径方向采用绝对值，长度方向采用增量值与绝对值。

总之，随着科学技术的飞跃发展，数控车床由于具有优越的加工特点，在机械制造业中的应用越来越广泛。为了充分发挥数控车的作用，我们除了要在编程中掌握一定的技巧之外，还应注意一些细节问题，以编制出合理、高效的加工程序，保证加工出符合图纸要求的合格零件，同时更能使数控车床的功能得到合理的应用与充分的发挥，更安全、可靠地进行工作。

参考文献

[1] 《数控机床车削加工直接编程技术》.孙德茂.机械出版社

[2] 《数控车床培训教程》.袁峰.机械工业出版社，2004.

[3] 《数控车工》.沈建峰，虞俊.机械工业出版社，2001.

[4] FANUC系统编程说明书.