數控編程保證加工精度的方法與技巧

許光彬

（阜陽職業技術學院工程科技學院，安徽 阜陽236016）

數控編程保證加工精度的方法與技巧

許光彬

（阜陽職業技術學院工程科技學院，安徽 阜陽236016）

針對現階段我國機械精細加工面臨的一些問題，在FANUC-0i數控車削加工中靈活使用編程方法與技巧，對保證零件加工精度進行了深入分析與探討.有效降低了加工過程中零件廢品率，在數控加工中具有實際指導意義.

精細加工；數控編程；加工精度

隨著我國機械制造業的迅速發展，特別是數控加工技術的應用使零部件的加工精度較以前有較大的提高，但我國機械精細加工方面還存在一些問題.主要表現為絕大多數加工方法都是近似法；刀具、夾具、檢測儀器等設備生產技術與精度較發達國家落后；工藝系統受力發生一定程度的變形，很難對其準確度及熱變度進行有效的控制；由于編程方式、方法與零件加工工藝不匹配等原因也會產生加工誤差.例如：工序基準與設計基準是否重合；刀尖圓弧半徑是否補償；粗精加工之間是否修改刀偏或磨耗；是否采用恒線速切削功能等都會對零件的加工精度或表面粗糙度產生影響.

由于機床、刀具等工藝系統產生的誤差在大量相關文獻中已經有敘述，筆者主要探討數控車削加工中如何靈活應用編程方法與技巧，以保證零件加工精度.

1 巧設工件原點，靈活使用編程方式

圖1 基準重合原則

圖2臺階軸

1.1 基準重合原則

工件原點的選擇遵循基準重合原則.一般數控車削使用三爪卡盤自定心夾緊，通過找正都能保證工件軸線與卡盤回轉中心重合，保證徑向設計基準與工藝基準重合.但是在實際數控車床加工中經常會遇到軸向工藝基準與設計基準不重合的情況，有時要根據零件圖的尺寸標注形式合理選擇編程原點，以減少基準不重合造成的誤差［1］.如圖1工件的軸向主要設計基準在Φ20外圓的右端面中心（圖中O1），如果在數控編程時我們通過對刀操作把工件坐標原點放在O2位置，造成加工Φ20、Φ30、Φ38外圓軸向工序基準與設計基準不重合.工序尺寸10±0.1、6±0.1必須通過尺寸鏈換算，公差要比直接按零件圖樣上的設計尺寸標注公差要小，即縮小有關工序尺寸的公差，增加了工藝難度，并且自然間接形成的尺寸精度必然低于任何一個圖紙直接標注的尺寸的精度；如果我們把工件坐標原點放于O1點，軸向主要工序尺寸10±0.1、 6±0.1、直接取自零件圖上的設計尺寸與公差，不僅編程方便，而且通過一般工藝處理就能保證軸向的加工精度.

1.2 靈活編程方式

根據圖紙要求靈活使用編程方式.在數控編程時可以根據圖紙尺寸的標注形式，采用絕對、增量編程或者混合編程.絕對編程是零件輪廓各基點坐標值在工件坐標系的坐標值；增量坐標是零件輪廓各基點坐標值以相對于前一位置點坐標的增量值作為坐標值.無論哪種編程方式，方便之處在于不用計算累計坐標與尺寸鏈換算.不去考慮上道序和下道序的Z向累計長度，直接保證本道工序尺寸精度.圖1坐標式尺寸（10± 0.1、47±0.通常采用絕對編程.圖2鏈式尺寸形式標注的尺寸25±0.05、10±0.05通常采用增量編程.表1為圖2臺階軸右面的精加工程序.

表1 臺階軸右面的精加工程序

2 有效使用“特殊指令”提高加工精度

2.1 半徑補償功能

使用“G41G42G40刀尖圓弧半徑補償”功能.如圖3所示，實際加工中的車刀刀尖不是理想的尖銳刀尖，它總有個小圓弧，刀具磨損還會改變圓角半徑.數控車削輪廓時實際起作用的切削刃是圓弧的各切點，編程時卻是根據理論刀尖（假想刀尖）A軌跡計算、編程，因此會產生加工誤差.

圖3 理論刀尖與實際刀尖

車削內孔、外圓時A點與Z向進給路線重合，車削端面時A點與X向進給路線重合.所以，車削外圓與端面只會在切削終點產生少許殘留，并無形狀、尺寸誤差產生；車削圓錐和圓弧時，編程軌跡與實際軌跡不重合，加工表面就會產生的尺寸、形狀誤差.采用數控車床的刀尖圓弧半徑補償功能可以有效消除加工圓錐、圓弧誤差.通過操作面板在刀偏或刀補界面上手工輸入刀尖圓弧半徑值R和刀具方位號T，數控系統便能自動計算出刀尖圓弧圓心的軌跡，并按刀尖圓弧圓心的軌跡運動［2］.利用刀尖圓弧半徑補償功能消除刀尖圓弧半徑對工件加工形狀的影響，編程者只要按工件輪廓進行編程即可.具體實例程序見表2.

表2 圖1零件的綜合加工程序

2.2 “恒線速切削”功能

通常在其他切削條件不變的情況下，切削速度vc越高，表面粗糙度越小.主軸轉速與工件切削線速度的關系為：vc=nπD/1 000.其中n為主軸轉速（r/min）；vc為切削速度（m/min）；D為工件加工表面直徑（mm）.主軸轉速n一定，當加工錐面或端面時，因外徑D大小發生變化，所以切削速度vc產生變化，引起粗糙度變化.要保證圖1所示零件全部表面粗糙度都為Ra=1.6 μm，應要求切削速度vc不變.根據上式，因工件的直徑不斷變化可以通過改變主軸轉速來維持穩定的恒定的切削線速度vc，以便保證零件錐面或端面的粗糙度一致.可以使用恒線速G96來進行完成恒線速切削功能.

2.3 “M00”功能

數控機床加工時，當刀具出現磨損或更換刀片后以及自動加工前的進行對刀操作中都難免會產生誤差，因此在加工過程中應及時消除誤差，以保證零件的加工精度［3］.在粗加工后精加工前修改刀偏值或者磨耗值，可以提高加工精度.

通過M00暫停功能在粗加工之后精加工之前進行一次刀偏值或者磨耗值的修補，可以保證產品的尺寸精度.編程時增加了“主軸停轉、暫停、主軸重新啟動以及調用新刀補值”4個程序段，程序從開始運行至粗加工完成后機床暫停，測量尺寸、修改刀補或磨耗值，然后按“循環啟動”鍵繼續加工.

2.3 實時返回參考點消除累積誤差

插入回參考點指令，機床回參考點時會使各坐標清零，這樣便消除了數控系統運算的累積誤差.在較長的程序中適當插入回參考點指令有益于保證加工精度.有換刀要求時，可回參考點換刀［4］，這樣一舉兩得.

3 結語

在數控車削加工中，控制零件加工精度除了通過控制刀具誤差和提高加工系統可靠性外，還要掌握一套完整的系統化數控編程的知識，并用利用編程加工技巧提高零件切削加工的質量［5］.在編程前首先認真分析零件圖的尺寸、形位、表面粗糙度精度要求，合理選擇編程原點與編程方式.特別對于有圓弧和圓錐的零件，因其直徑沿著軸向不斷變化，所以不但要調用刀尖圓弧半徑補償功能（G41G42G40）提高加工尺寸和形狀精度，而且還要調用恒線速切削功能（G50G96G97），控制工件的表面粗糙度精度，提高工件表面質量.與此同時，在粗精加工之間可使用暫停指令（M00），控制消除刀具對刀對刀誤差或者刀具磨損造成的誤差.總之，必須明確誤差產生的原因以及相關的影響因素，將理論分析與實踐結合起來，控制與提高工件加工精度［5］.

［1］耿國卿.數控車削編程與加工［M］.北京:清華大學出版社,2011.

［2］李延淳,蘭利.數控車中帶內凹表面零件的半徑補償應用［就［J］.模具制造2009(5):76-78.

［3］杜新峰，張延萍．運用G71指令提高切削效率和精度的方法與技巧［J］.科技風,2013(3):66.

［4］陶然,楊光,朱亮.數控機床加工精度提高方法的分析［J］.湖北工業大學學報,2005,20(3):123-125.

［5］丁漢鳳.如何提高切削加工精度及尺寸誤差的控制探討［J］.科技與企業2013(12):326.

On CNC programming to ensure the machining precision of the methods and skills

XU Guang-bin
（Engineering and Technology School,Fuyang Vocational and Technical College,Fuyang 236016,Anhui,china）

Flexible use and programming techniques for FANUC-0i CNC lathe processing was used to tackle some problems of Chinese machinery and fine processing,and the machining accuracy of parts were analyzed and discussed.To reduce the reject rate of parts machining process has practical significance in CNC machining.

fine processing；machining precision；CNC programming

TG519

：A

：1007-5348（2014）08-0050-04

（責任編輯：李 婉）

2014-05-10

安徽省教科研項目（2012jyxm661）.

許光彬（1975-），男，安徽阜陽人，阜陽職業技術學院機電系副教授，主要從事數控加工技術方面的研究.