談談數控車床加工程序的編制方法

李明軍

(陜西省機械高級技工學校，陜西 漢中723003)

在數控機床加工過程中，由于加工對象復雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千變萬化，在對加工工藝進行認真和仔細的分析后，制定加工方案的一般原則為先粗后精，先近后遠，先內后外，程序段最少，走刀路線最短，由于生產規模的差異，對于同一零件的加工方案是有所不同的，應根據具體條件，選擇經濟、合理的工藝方案。

1 加工工序劃分

在數控機床上加工零件，工序可以比較集中，一次裝夾應盡可能完成全部工序，常用的工序劃分原則有以下兩種。

1.1 保證精度的原則

數控加工要求工序盡可能集中。常常粗、精加工在一次裝夾下完成，為減少熱變形和切削力變形對工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，應將粗、精加工分開進行。對軸類或盤類零件，將各處先粗加工，留少量余量精加工，來保證表面質量要求。同時，對一些箱體工件，為保證孔的加工精度，應先加工表面而后加工孔。

1.2 提高生產效率的原則

數控加工中，為減少換刀次數，節省換刀時間，應將需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再換另一把刀來加工其它部位。同時應盡量減少空行程，用同一把刀加工工件的多個部位時，應以最短的路線到達各加工部位。

2 加工路線的確定

在數控加工中，刀具（嚴格說是刀位點）相對于工件的運動軌跡和方向稱為加工路線。影響走刀路線的因素很多，有工藝方法、工件材料、加工精度及表面粗糙度要求、工件剛度、加工余量、刀具的剛度、耐用度及狀態、機床類型與性能等。加工路線的確定首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質量，其次考慮數值計算簡單，走刀路線盡量短，效率較高等。

下面舉例分析數控車床加工零件時常用的加工路線。

2.1 車圓錐的加工路線分析

數控車床上車外圓錐，假設圓錐大徑為D，小徑為d，錐長為L，車圓錐的加工路線如圖1所示：

圖1 車圓錐的加工路線

按圖1（a）的階梯切削路線，這種切削路線是每一次走刀軌跡平行于工件的軸線，加工出許多小的階臺，最后一刀車刀沿錐體斜面進行走刀。由于是臺階狀，所以余量不均勻，影響錐面加工質量。粗車每次切削的終刀距S要作精確的計算，否則容易使工件車廢。此種加工路線，粗車時，刀具背吃刀量相同，但精車時，背吃刀量不同，同時刀具切削運動的路線最短。

按圖1（b）為平行車錐的切削路線，這種切削路線是每次進刀后，車刀移動軌跡平行于錐體母線，隨著每次進刀吃刀，Z相尺寸按一定比例增加，每次切削需要確定終刀距S（即Z向尺寸）。Z向尺寸的計算方法是按公式C=D-d／L得出。若C為1：10，含義是直徑X上去除1毫米，長度Z上增加10毫米。按該比例可以很簡單的進行編程，并且可以保證每一次車削的余量相同使切削均勻。

圖1(c)為改變錐角車錐切削路線，每一次切削X向進刀，保持Z向尺寸為圖紙尺寸,每一刀都改變了錐角的大小，只有最后一刀是圖紙要求的錐角大小。這種切削路線可以不必進行每次Z向尺寸的計算，但在加工中由于Z向尺寸相同，使加工路線較長，同時切削余量不均勻，影響工件的表面尺寸和粗糙度，一般適合于錐面較短，余量不大的錐體中。

顯然，上述三種切削路線中，如果起刀點相同，則平行法車錐體路線最合理，生產中常用此法進行加工。

2.2 車圓弧的加工路線分析

應用G02（或G03)指令車圓弧，若用一刀就把圓弧加工出來，這樣吃刀量太大，容易打刀。所以，實際車圓弧時，需要多刀加工，先將大多余量切除，最后才車得所需圓弧。

圖2 車圓弧的加工路線

圖2（a）為車圓弧的階梯切削路線。即先粗車成階梯，最后一刀精車出圓弧。此方法在確定了每刀吃刀量ap后，須精確計算出粗車的終刀距S，即求圓弧與直線的交點。此方法刀具切削運動距離較短，但數值計算較繁。

圖2（b）為車圓弧的同心圓弧切削路線。即用不同的半徑圓來車削，最后將所需圓弧加工出來。此方法在確定了每次吃刀量ap后，對90°圓弧的起點、終點坐標較易確定，數值計算簡單，編程方便，常采用。但按圖2（b）加工時，空行程時間較長。

圖2（c）為車圓弧的車錐法切削路線。即先車一個圓錐，再車圓弧。但要注意，車錐時的起點和終點的確定。若確定不好，則可能損壞圓錐表面，也可能將余量留得過大。此方法數值計算較繁，刀具切削路線短。

3 加工程序的編制要點

3.1 合理的使用G指令，使程序段最少

在加工程序的編制工作中，要以最少的程序段數實現對零件的加工，以使程序簡潔，減少出錯的幾率及提高編程工作的效率。 由于數控車床裝置普遍具有直線和圓弧插補運算的功能，除了非圓弧曲線外，程序段數可以由構成零件的幾何要素及由工藝路線確定的各條程序得到，這時應考慮使程序段最少原則。選擇合理的G指令，可以使程序段減少，但也要兼顧走刀路線最短。

3.2 合理安排“回零”路線

在編制較復雜輪廓的加工程序時，為使其計算過程盡量簡化，既不易出錯，又便于校核，編程者有時將每一刀加工完后的刀具終點通過執行“回零”指令（即返回對刀點），使其全返回對刀點位置，然后再執行后續程序。這樣會增加走刀距離，降低生產效率。因此，在合理安排“回零”路線時，應使其前一刀終點與后一刀起點間的距離盡量減短，或者為零，即滿足走刀路線最短的要求。

3.3 合理選擇切削用量

數控車削中的切削用量是表示機床主體的主運動和進給運動大小的重要參數，包括切削深度、主軸轉速、進給速度。它們的選擇與普車所要求的基本對應一致，但數控車床加工的零件往往較復雜，切削用量按一定的原則初定后，還應結合零件實際加工情況隨時進行調整，調整方法是利用數控車床的操作面板上各種倍率開關，隨時進行調整，來實現切削用量的合理配置，這對操作者來說應該具有一定的實際生產加工經驗。

3.4 粗、精加工分開編程

為了提高零件的精度并保證生產效率，車削工件輪廓的最后一刀，通常由精車刀來連續加工完成，因此，粗、精加工應分開編程。并且，刀具的進、退位置要考慮妥當，盡量不要在連續的輪廓中切入切出或換刀及停頓，以免因切削力的突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接的輪廓上產生劃傷、形狀突變或滯留刀痕等疵病。

總之，在編制數控車床加工程序時，首先要對零件圖樣進行分析，確定合理地加工工序，通過對加工路線進行的分析，確定最佳加工路線。在加工方案確定后合理地使用G指令進行加工程序的編制，使程序段最少、走刀路線最短。

［1］徐宏海.數控加工工藝[M].化學工業出版社.

［2］顧立平.數控機床編程與操作（數控車床分冊）[M].勞動出版社.