论文部分内容阅读
摘要：本文简要介绍了数控机床加工的优点。通过编程加工一个数控车床典型零件——轴，来探讨数控加工的编程技巧。文中重点分析了关键编程步骤及技巧，数控编程是数控加工核心能力，编程技巧直接影响到产品的加工质量和加工效率。
关键词：数控机床 加工 优点 技巧
【分类号】：TD353.5
1 引言
数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点，在中小企业中得到日益广泛的应用。与普通机床相比，数控机床的加工有以下几方面的优点：
（1）具有高度柔性，在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。
（2）加工精度高，质量稳定。数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，一般情况下在工作过程不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计制造数控机床时，采取了许多措施，使数控机床的机械部分达到了较高的精度和刚度。数控机床工作台的移动当量普遍达到了0.01～0.0001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，通过补偿技术，数控机床可获得比本身精度更高的加工精度。
（3）生产效率高。数控机床有效地减少零件的加工时间和辅助时间。数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，允许进行大切削用量的强力切削，这就提高了数控机床的生产效率。数控机床的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，刀具可自动更换，辅助时间比一般机床大为减少。数控机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，节省了零件安装调整时间。数控机床加工质量稳定，一般只作首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此节省了停机检验时间。
（4）降低劳动强度，改善劳动条件。数控机床加工前调整好后，输入程序并启动，机床就能自动的连续进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。
（5）良好的经济效益。数控机床虽然设备较贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高。但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。数控机床加工零件一般不需制作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控机床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。因此使用数控机床可获得良好的经济效益。
（6）有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造以及管理一体化奠定了基础。
2 数控车床加工零件的工艺分析与编程
如图1所示，该零件由圆柱面、圆柱曲面、螺纹和退刀槽等组成。工件材料为45钢，毛坯尺寸为φ136X180mm。因此，我们对工件的粗、精加工分开进行，以保证表面粗糙度的要求。采用四把刀具进行车削加工，如表1所示：
2.1程序原点的选择问题
在数控编程时，首先要选择工件上的某一点作为数控程序原点，并以该点为原点在CNC中建立一个工件坐标系。我们把该零件的程序原点设定在如图1所示O点，该点在工件的轴线和端面上。由于零件的轴向尺寸较多，这样的设定有利于减少尺寸换算，在程序编制时也更简单，不易出错，并且引起的加工误差也最小。所以说工件坐标系选择是否合理，对数控编程及零件的质量都很重要。
2.2如何选择进给路线提高生产效率
进给路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，是编写程序的重要依据之一。合理的选择进给路线，应考虑以下几个方面：
（1）巧用起刀点，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前提条件下，使起刀点尽量靠近工件，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，提高生产效率。
（2）保证加工零件的精度和表面粗糙度要求，应合理选取切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。为保证工件轮廓表面粗糙度要求，精加工时，最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。如本文中的N0180程序段。认真考虑刀具的切入和切出路线，尽量减少在轮廓处停刀，以避免切削力突然变化造成弹性变形而留下痕迹，一般应沿着零件表面的切向切入和切出，尽量避免沿着工件轮廓垂直方向进、退刀而划伤工件。如本文中的N0060程序段。
（3）粗加工或半精加工时，毛坯余量较大，应采用合适的循环加工方式，在兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求下，采取最短的切削进给路线，减少空行程时间，提高生产效率，降低刀具磨损。
（4）保证加工过程的安全性。要避免刀具与非加工面的干涉，并避免刀具与工件相撞。如工件中遇槽需要加工，在编程时要注意进、退刀点应与槽方向垂直，进刀速度不能用“G0”速度，“G0”指令在退刀时尽量避免“X、Z”同时移动使用。如本文中切φ10mm槽时，程序段N0264～N0268，就有程序员把G0 X17和G0 Z-1写在一段程序内，这样的失误在程序校验过程中很难被发现，而后果就是工件报废，刀具损毁。
综上几个方面，粗车采用G71轴向粗车循环加工，为精车预留0.5mm加工余量，螺纹加工采用G92螺纹切削循环加工。
2.3程序编辑
3 典型零件的编程技巧
3.1 相对坐标编程G91与绝对坐标编程G90
相对坐标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，相对坐标编程的坐标原点是不断移动的，刀具运行是以当前刀尖为基准控制的。相对坐标编程在连续位移时，必产生累积误差。在实际应用中应当注意，重要尺寸尽量避免相对坐标编程。绝对坐标编程，均以工件坐标原点为基准点进行编程。绝对坐标编程不存在累积误差，但是尺寸换算复杂。因此，在数控车削加工时，工件径向尺寸采用绝对坐标编程，因为径向尺寸精度高，同时较少相对尺寸。如本文中的N0060、N0080、N0100等程序段。而轴向尺寸精度要求较低，相对位置尺寸多，考虑到加工时的编程方便，轴向尺寸采用相对坐标编程。如本文中的N0090、N0105、N0130等程序段。
3.2掌握各种循环切削指令
准确掌握各种循环切削指令的加工特点及其对工件加工精度所产生的影响，进行合理选用。数控车床仅切削循环指令就有十多种，每一种指令都有各自的加工特点，工件加工后精度也有所不同，各自的编程方法也不同，选择时要合理选用，以加工高精度的零件。如螺纹切削循环加工就有两种加工指令：G92直进式切削和G76斜进式切削。本文中的螺纹加工，我们选用G92指令进行加工，是由于切削刀具进刀方式的不同，使这两种加工方法也有所区别。如图2所示，G92螺纹切削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，但牙形精度高，一般用于小螺距高精度螺纹加工。如图3所示，G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式进行螺纹切削，工艺性比较合理，编程效率高，但牙形精度较差，此加工方法一般适用于大螺距低精度螺纹的加工。因此，在实际操作中要准确掌握各种指令的加工特点及其对工件加工质量所产生的影响，并进行合理选用。
4.结束语
2011年12月，我公司引进两台数控车床CK6140已高效安全运行两年，成功加工了大批复杂零件和高精度零件，获得了用户的好评。在数控编程中掌握一定的优越技巧，编制出合理、高效的加工程序，保证加工出的工件符合图纸要求，能够充分发挥数控机床的优越性，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。
关键词：数控机床 加工 优点 技巧
【分类号】：TD353.5
1 引言
数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点，在中小企业中得到日益广泛的应用。与普通机床相比，数控机床的加工有以下几方面的优点：
（1）具有高度柔性，在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。
（2）加工精度高，质量稳定。数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，一般情况下在工作过程不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计制造数控机床时，采取了许多措施，使数控机床的机械部分达到了较高的精度和刚度。数控机床工作台的移动当量普遍达到了0.01～0.0001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，通过补偿技术，数控机床可获得比本身精度更高的加工精度。
（3）生产效率高。数控机床有效地减少零件的加工时间和辅助时间。数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，允许进行大切削用量的强力切削，这就提高了数控机床的生产效率。数控机床的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，刀具可自动更换，辅助时间比一般机床大为减少。数控机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，节省了零件安装调整时间。数控机床加工质量稳定，一般只作首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此节省了停机检验时间。
（4）降低劳动强度，改善劳动条件。数控机床加工前调整好后，输入程序并启动，机床就能自动的连续进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。
（5）良好的经济效益。数控机床虽然设备较贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高。但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。数控机床加工零件一般不需制作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控机床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。因此使用数控机床可获得良好的经济效益。
（6）有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造以及管理一体化奠定了基础。
2 数控车床加工零件的工艺分析与编程
如图1所示，该零件由圆柱面、圆柱曲面、螺纹和退刀槽等组成。工件材料为45钢，毛坯尺寸为φ136X180mm。因此，我们对工件的粗、精加工分开进行，以保证表面粗糙度的要求。采用四把刀具进行车削加工，如表1所示：
2.1程序原点的选择问题
在数控编程时，首先要选择工件上的某一点作为数控程序原点，并以该点为原点在CNC中建立一个工件坐标系。我们把该零件的程序原点设定在如图1所示O点，该点在工件的轴线和端面上。由于零件的轴向尺寸较多，这样的设定有利于减少尺寸换算，在程序编制时也更简单，不易出错，并且引起的加工误差也最小。所以说工件坐标系选择是否合理，对数控编程及零件的质量都很重要。
2.2如何选择进给路线提高生产效率
进给路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，是编写程序的重要依据之一。合理的选择进给路线，应考虑以下几个方面：
（1）巧用起刀点，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前提条件下，使起刀点尽量靠近工件，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，提高生产效率。
（2）保证加工零件的精度和表面粗糙度要求，应合理选取切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。为保证工件轮廓表面粗糙度要求，精加工时，最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。如本文中的N0180程序段。认真考虑刀具的切入和切出路线，尽量减少在轮廓处停刀，以避免切削力突然变化造成弹性变形而留下痕迹，一般应沿着零件表面的切向切入和切出，尽量避免沿着工件轮廓垂直方向进、退刀而划伤工件。如本文中的N0060程序段。
（3）粗加工或半精加工时，毛坯余量较大，应采用合适的循环加工方式，在兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求下，采取最短的切削进给路线，减少空行程时间，提高生产效率，降低刀具磨损。
（4）保证加工过程的安全性。要避免刀具与非加工面的干涉，并避免刀具与工件相撞。如工件中遇槽需要加工，在编程时要注意进、退刀点应与槽方向垂直，进刀速度不能用“G0”速度，“G0”指令在退刀时尽量避免“X、Z”同时移动使用。如本文中切φ10mm槽时，程序段N0264～N0268，就有程序员把G0 X17和G0 Z-1写在一段程序内，这样的失误在程序校验过程中很难被发现，而后果就是工件报废，刀具损毁。
综上几个方面，粗车采用G71轴向粗车循环加工，为精车预留0.5mm加工余量，螺纹加工采用G92螺纹切削循环加工。
2.3程序编辑
3 典型零件的编程技巧
3.1 相对坐标编程G91与绝对坐标编程G90
相对坐标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，相对坐标编程的坐标原点是不断移动的，刀具运行是以当前刀尖为基准控制的。相对坐标编程在连续位移时，必产生累积误差。在实际应用中应当注意，重要尺寸尽量避免相对坐标编程。绝对坐标编程，均以工件坐标原点为基准点进行编程。绝对坐标编程不存在累积误差，但是尺寸换算复杂。因此，在数控车削加工时，工件径向尺寸采用绝对坐标编程，因为径向尺寸精度高，同时较少相对尺寸。如本文中的N0060、N0080、N0100等程序段。而轴向尺寸精度要求较低，相对位置尺寸多，考虑到加工时的编程方便，轴向尺寸采用相对坐标编程。如本文中的N0090、N0105、N0130等程序段。
3.2掌握各种循环切削指令
准确掌握各种循环切削指令的加工特点及其对工件加工精度所产生的影响，进行合理选用。数控车床仅切削循环指令就有十多种，每一种指令都有各自的加工特点，工件加工后精度也有所不同，各自的编程方法也不同，选择时要合理选用，以加工高精度的零件。如螺纹切削循环加工就有两种加工指令：G92直进式切削和G76斜进式切削。本文中的螺纹加工，我们选用G92指令进行加工，是由于切削刀具进刀方式的不同，使这两种加工方法也有所区别。如图2所示，G92螺纹切削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，但牙形精度高，一般用于小螺距高精度螺纹加工。如图3所示，G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式进行螺纹切削，工艺性比较合理，编程效率高，但牙形精度较差，此加工方法一般适用于大螺距低精度螺纹的加工。因此，在实际操作中要准确掌握各种指令的加工特点及其对工件加工质量所产生的影响，并进行合理选用。
4.结束语
2011年12月，我公司引进两台数控车床CK6140已高效安全运行两年，成功加工了大批复杂零件和高精度零件，获得了用户的好评。在数控编程中掌握一定的优越技巧，编制出合理、高效的加工程序，保证加工出的工件符合图纸要求，能够充分发挥数控机床的优越性，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。