数控车削编程技巧

    随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高，单件与中小批量产品的比重越来越大。传统的通用、专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求。而数控机床作为电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，集现代精密机械、计算机、通信、液压气动、光电等多学科技术为一体，有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求，适应各种机械产品迅速更新换代的需要，代表着当今机械加工技术的趋势与潮流。其中数控车床由于具有高效率、高精度和高柔性的特点，在机械制造业中得到日益广泛的应用，成为目前应用最广泛的数控机床之一。但是，要充分发挥数控车床的作用，关键是编程，即根据不同的零件的特点和精度要求，编制合理、高效的加工程序。常用的数控编程方法有手工编程和自动编程两种。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、输入程序到程序校验等各步骤主要由工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，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。下面笔者以FANUC0-TD系统为例，就数控车床零件加工中的手工编程技巧问题进行一些探讨。

一、正确选择程序原点

    在数控车削编程时，首先要选择工件上的一点作为数控程序原点，并以此为原点建立一个工件坐标系。工件坐标系的合理确定，对数控编程及加工时的工件找正都很重要。程序原点的选择要尽量满足程序编制简单，尺寸换算少，引起的加工误差小等条件。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前端面、后端面、卡爪前端面的交点上，尽量使编程基准与设计、装配基准重合。

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给运动起，直到结束加工程序后退刀返回该点及所经过的路径，是编写程序的重要依据之一。合理地选择进给路线对于数控加工是很重要的。应考虑以下几个方面：

    1.尽量缩短进给路线，减少空走刀行程，提高生产效率。

    (1)巧用起刀点。如在循环加工中，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。

    (2)在编制复杂轮廓的加工程序时，通过合理安排“回零”路线，使前一刀的终点与后一刀的起点间的距离尽量短，或者为零，以缩短进给路线，提高生产效率。

    (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。

    2.保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。

    (1)合理选取起刀点、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加工后的粗糙度要求，精加工时，最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。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刀痕。一般应沿着零件表面的切向切入和切出，尽量避免沿工件轮廓垂直方向进、退刀而划伤工件。

    (2)选择工件在加工后变形较小的路线。对细零件或薄板零件，应采用分几次走刀加工到最后尺寸，或采取对称去余量法安排进给路线。在确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。

    (3)对特殊零件采用“先精后粗”的加工工序。在某些特殊情况下，加工工序不按“先近后远”、“先粗后精”原则考虑，而作“先精后粗”的特殊处理，反而能更好地保证工件的尺寸公差要求。

    3.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。

    4.有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量

    在实际的生产操作中，经常会碰到某一固定的加工操作重复出现，可以把部分操作编写成子程序，事先存入到存储器中，根据需要随时调用，使程序编写变得简单、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，减少乃至免除编程时进行烦琐的数值计算，精简程序量。

三、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，并进行合理选用。

    在FANUC0-TD数控系统中，数控车床有十多种切削循环加工指令，每一种指令都有各自的加工特点，工件加工后的加工精度也有所不同，各自的编程方法也不同，我们在选择的时候要仔细分析，合理选用，争取加工出精度高的零件。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。由于切削刀具进刀方式的不同，使这两种加工方法有所区别，各自的编程方法也不同，造成加工误差也不同,工件加工后螺纹段的加工精度也有所不同。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。但牙形精度较高，一般多用于小螺距高精度螺纹的加工。加工程序较长，在加工中要经常测量；G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式进行螺纹切削。牙形精度较差。但工艺性比较合理，编程效率较高。此加工方法一般适用于大螺距低精度螺纹的加工。在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为简捷方便。所以，我们要掌握各自的加工特点及适用范围，并根据工件的加工特点与工件要求的精度正确灵活地选用这些切削循环指令。比如需加工高精度、大螺距的螺纹，则可采用G92、G76混用的办法，即先用G76进行螺纹粗加工，再用G92进行精加工。需要注意的是粗精加工时的起刀点要相同，以防止螺纹乱扣的产生。

四、灵活使用特殊G代码，保证零件的加工质量和精度

    1.返回考点G28、G29指令

    参考点是机床上的一个固定点，通过参考点返回功能刀具可以容易地移动到该位置。参考点主要用作自动换刀或设定坐标系，刀具能否准确地返回参考点，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。 实际加工中，巧妙利用返回参考点指令，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，在加工主要尺寸之前，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，以确定加工的尺寸精度。

    2.延时G04指令

    延时G04指令，其作用是人为地暂时限制运行的加工程序，除了常见的一般使用情况外，在实际数控加工中，延时G04指令还可以作一些特殊使用：

    (1)大批量单件加工时间较短的零件加工中，启动按钮频繁使用，为减轻操作者由于疲劳或频繁按钮带来的误动作，用G04指令代替首件后零件的启动。延时时间按完成1件零件的装卸时间设定，在操作人员熟练地掌握数控加工程序后，延时的指令时间可以逐渐缩短，但需保证其一定的安全时间。零件加工程序设计成循环子程序，G04指令就设计在调用该循环子程序的主程序中，必要时设计选择计划停止M01指令作为程序的结束或检查。

    (2)用丝锥攻中心螺纹时，需用弹性筒夹头攻牙，以保证丝锥攻至螺纹底部时不会崩断，并在螺纹底部设置G04延时指令，使丝锥作非进给切削加工，延时的时间需确保主轴完全停止，主轴完全停止后按原正转速度反转，丝锥按原导程后退。

    (3)在主轴转速有较大的变化时，可设置G04指令。目的是使主轴转速稳定后，再进行零件的切削加工，以提高零件的表面质量。

    3.相对编程G91与绝对编程G90指令

    相对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，相对编程的坐标原点经常在变换，运行是以现刀尖点为基准控制位移，那么连续位移时，必然产生累积误差。绝对编程在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，所以其累积误差较相对编程小。数控车削加工时，工件径向尺寸的精度比轴向尺寸高，所以在编制程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工时的方便，轴向尺寸采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，也可以采用绝对编程。另外，为保证零件的某些相对位置，按照工艺的要求，进行相对编程和绝对编程的灵活使用。

    总之，随着科学技术的飞速发展，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床的作用，我们需要在编程中掌握一定的技巧，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工件，同时能使数控车床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控车床能安全、可靠、高效地工作。