数控车削编程工艺

数控车削编程工艺

　　数控车削编程工艺【1】

　　【摘要】只有正确分析数控加工零件的工艺，合理的选择切削用量，灵活地使用各编程指令，才能控制好产品加工精度，真正提高产品加工效率。

　　本文以轴类零件从加工路线的确定、切削用量的选择、编程指令的灵活运用简单分析一下编程方法的应用。

　　【关键词】数控编程;合理选择切削用量;灵活运用多种编程指令

　　数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动化控制、自动检测及密集机械等高新技数的产物。

　　随着数控技术的发展与普及，现代化企业对于懂得数控加工技术，能进行数控加工编程的技术人才的需求量也将不断增加，数控加工在生产过程中发挥着积极作用。

　　在实际加工过程中，对于同一个零件不同的加工方案反映出不同的加工效果，如何更好的发挥数控车床的作用，根据生产的具体条件在编程加工中灵活选择不同的加工方案具有积极的意义，下面以轴类零件编程需要考虑的几点加以分析。

　　1.合理确定加工路线

　　在实际进行数控编程时，确定加工路线的原则应在保证零件加工精度和表面粗糙度的条件下，应尽可能缩短加工路线，以便提高生产率。

　　在加工编程过程中应根据具体情况考虑以下几点：

　　1.1 精、粗加工分开

　　1.1.1 确保加工精度

　　首先应考虑粗、精加工分开的原则，先粗加工再精加工，通常在一次装卡中，不允许将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。

　　如图1所示的零件，数控加工中应先切除整个零件的大部分余量，再将其表面精车一遍，以满足加工精度和表面粗糙度的要求。

　　有同轴度要求的内外圆柱面或者有垂直度要求的外圆与端面，应尽可能在一次装夹中完成，以减小工件的定位误差。图1

　　1.1.2 防工件变形

　　对于容易发生加工变形的零件，通常粗加工后需要进行矫形，这时粗加工和精加工作为两道工序，可以采用不同的刀具或不同的数控车床加工。

　　对毛坯余量较大和加工精度要求较高的零件，应将粗车和精车分开，划分成两道或更多的工序。

　　将粗车安排在精度较低、功率较大的数控车床上，将精车安排在精度较高的数控车床上。

　　以图2(a)所示手柄零件为例，说明工序的划分。图2

　　该零件加工所用坯料为?30棒料，批量生产，加工时用一台数控车床。

　　工序划分如下：

　　第一道工序(按图b所示将一批工件全部车出，包括切断)，夹棒料外圆柱面，工序内容有：先车出?12 和?20 两圆柱面及圆锥面(粗车掉R42圆弧的部分余量)，转刀后按总长要求留下加工余量切断。

　　第二道工序(见图c)，用?12外圆及?20端面装夹，工序内容有：先车削包络SR7球面的30°圆锥面，然后对全部圆弧表面半精车(留少量的精车余量)，最后换精车刀将全部圆弧表面一刀精车成形。

　　在数控加工划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，零件的批量，机床的功能，零件数控加工内容的多少，程序的大小，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。

　　什么零件宜采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，也要根据实际情况来确定，但一定要力求合理。

　　1.2 加工路线的确定

　　图3给出了三种不同的轮廓粗车切削进给路线。图3

　　其中图a为矩形循环进给路线，其路线总长最短，图b为三角形循环进给路线;图c表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿着工件轮廓线进行进给的路线。

　　因此在同等切削条件下的切削时间最短，刀具损耗最少，为最常用的粗加工切削进给路线，但也有缺点，粗加工后的精车余量不够均匀，一般需安排精加工。

　　所以实际加工时要根据具体情况运用不同的方法。

　　2.合理选择切削用量

　　粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本。

　　切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量;其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量;最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。

　　切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量;其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量;最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。

　　具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合实践经验而定。

　　粗加工时， 由于对工件表面质量没有太高的要求，进给量f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。

　　工艺系统刚度好时，可用大些的f;反之，适当降低f。

　　精加工、半精加工时，f应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。

　　Ra要求小的，取较小的f，但又不能过小，因为f过小，切削厚度hD过薄，Ra反而增大，且刀具磨损加剧。

　　刀具的副偏角愈大，刀尖圆弧半径愈大，则f可选较大值。

　　一般，精车时可取0.10～0.20mm/r。

　　3.灵活运用多种数控编程指令

　　外圆轮廓零件编程指令较多，其中G71外圆粗车循环指令、G73封闭切削循环指令及G70精加工循环等编程指令在外圆轮廓的粗加工中运用较多，编程加工过程中要熟悉编程指令，灵活的选择和运用各个指令，运用各种方法保证产品加工精度，有效的提高产品加工效率。

　　下面以图形走刀路径及注意事项说明各指令的选择应用。

　　(1)外圆粗切削循环(G71)

　　当给出图4所示加工形状的路线A→A′→B 及背吃刀量，就会进行平行于Z轴的多次切削，最后再按留有精加工切削余量Δw和Δu/2之后的精加工形状进行加工。

　　图4 外圆粗加工循环

　　在此应注意以下几点：

　　1)在使用G71 进行粗加工循环时，只有含在G71 程序段中的F、S、T功能才有效。

　　而包含在ns→nf程序段中的F、S、T功能，即使被指定对粗车循环也无效。

　　2)A→B之间必须符合X轴、Z轴方向的共同单调增大或减少的模式。

　　3)可以进行刀具补偿。

　　由于该指令对零件的轮廓有特殊的要求，X轴、Z轴方向同时单调增大或单调减小。

　　(2)封闭切削循环(G73)

　　这种方式对于铸造或锻造毛坯的切削是一种效率很高的方法。

　　G73循环方式如图6所示。

　　用G73时，与G71一样，只有G73程序段中的F、S、T有效。

　　运用G73指令编程加工时，要合理的确定切削余量，直径方向的总切削余量确定原则为：

　　余量较均匀毛坯件切削余量=各轴段轮廓最大余量处余量

　　棒类零件毛坯件切削余量=1/2(棒料毛坯直径�C轮廓最小直径处直径)

　　循环次数R值确定原则为：切削余量除以每刀切削量(取整)

　　图5 封闭切削循环

　　(3)精加工循环(G70)

　　由G71、G73 完成粗加工后，可以用G70 进行精加工。

　　在这里G71、G73程序段中的F、S、T的指令都无效，只有在G70程序段中的F、S、T才有效。

　　结合以上编程指令各自的走到路径，合理选择指令对产品外圆轮廓进行粗加工，可以提高产品加工效率，保证产品质量。

　　对于余量不均匀的轮廓应尽量采用G71指令编程加工，如用G73指令编程加工时，会导致空走刀轨迹过多，降低产品加工效率。

　　4.结束语

　　综上所述，只有正确分析数控加工零件的工艺，合理的选择切削用量，灵活地使用各编程指令，才能控制好产品加工精度，真正提高产品加工效率，切实发挥数控车床的作用。

　　参考文献

　　[1]新编数控机床加工工艺与编程操作及故障诊断维修技术实用手册/主编王晓东.北方工业出版社，2006.6.

　　[2]最新数控机床加工工艺编程技术与维护维修实用手册/主编席文杰.吉林省电子出版社，2004年4月.

　　[3]数控机床编程与实例/宗晓主编.北京大学出版社，2006.1.

　　[4]数控机床与编程/张洪江，侯书林主编.北京大学出版社，2009.10.

　　数控车削轴类零件工艺分析及数控加工编程【2】

　　【摘 要】阐述数控车削加工轴类零件的工艺分析方法及加工过程，阐明零件加工工艺设计和编辑程序，为用数控车床加工轴类零件的方法提供参考。

　　【关键词】数控加工 工艺分析 加工方案

　　随着我国制造业快速发展，数控机床已经普遍装配到各生产一线。

　　它具有适应性强、加工精度高、尺寸一致性好、生产效率高、容易实现复杂形状及曲面零件的加工、有利于生产管理的现代化等优点。

　　在数控车床的零件加工中，加工工艺分析、零件的加工顺序和程序编辑是影响加工质量和加工效率的关键因素。

　　不管是手工编程还是软件编程，在编辑程序前都需要对零件图进行加工工艺的分析、拟定加工顺序和装夹方案、合理选用刀具和车削参数，处理好零件的加工工艺问题(如装夹位置、加工路线等)。

　　这样才能有效地提高数控机床的利用率，改善零件加工质量。

　　对于数控、模具等机械类专业的学生来讲，毕业后大多将从事数控加工、模具制造、机械制造等行业。

　　所以学好数控技术对以后从事机械加工相关的工作有着重要的意义。

　　一、数控编程的方法

　　数控机床编程常用到的有两种方法：第一种是手工编程;第二种是使用编程软件编程。

　　这两种程序的编辑方法都有各自优点和缺点，加工范围也有所不同。

　　手工编辑的程序比较简单精炼、容易读懂、程序修改方便，相对简单的零件就比较适合用手工编程，遇到相对复杂的曲面零件，手工编程就难以编程了。

　　软件自动编程是指使用计算机编程软件来编制数控加工程序，软件编程具有效率高、不易出错、操作可靠安全的特点，对于复杂的曲面零件加工程序也能较容易编写，缺点是软件编程编写的程序比较长、不够简短，另外，由于受到软件本身的限制，有些情况下走刀路径不是很合理，加工时间比较长。

　　所以，不同的零件加工编序要选择合适的编程方式。

　　二、零件加工工艺分析

　　以下面的零件加工为例，对零件加工工艺进行分析。

　　(一)零件图

　　见图1-1

　　(二)工艺性分析

　　如图1-1所示，工件的加工形面较多，有圆柱、圆弧、外槽、外螺纹、倒角等。

　　加工时，要考虑工件的变形及调头后工件的找正等问题。

　　由于工件左端有外槽和螺纹，加工时要考虑到它比右端受力大，但左端Φ40mm外圆长度尺寸较长，可用作加工右端的夹位。

　　故先加工左端，然后夹左端Φ40mm外圆，来加工右端锥面及圆弧等。

　　这样，就可以避免工件调头加工时由于夹紧力不够大而容易导致掉落的现象发生。

　　(三)数值处理

　　除圆锥小端直径外，其他编程基点已知。

　　圆锥小直径由以下公式可求：

　　(D-d)/L=C

　　式中，D――大端直径(mm)

　　d――小端直径(mm)

　　L――圆锥长度(mm)

　　C――锥度比

　　圆锥小径计算：

　　(30-d)/25=0.2

　　(30-d)=25×0.2

　　30-d=5

　　d=30-5

　　d=25

　　经计算得知，圆锥小径为 25 mm。

　　(四)毛坯选择

　　材料：45#圆钢

　　尺寸：Φ55 mm×120 mm

　　(五)零件的装夹方案

　　在制订加工工艺规程时，很关键的一点是要选择正确的零件的定位基准。

　　定位基准不仅会直接影响到零件的位置精度，而且还会对零件各个外圆的加工顺序产生影响，因此，要想更好地保证零件的加工精度就要选择合理的定位基准。

　　这样做不但能简化零件的加工工序，而且也会提高零件的加工生产效率。

　　该零件的装夹夹具可用三爪自定心卡盘，三个卡爪可以同步运动且能自动定心，对于装夹要求不高的工件加工来说，可以不用找正。

　　三爪自定心卡盘装夹容易装夹工件，装夹速度快，但相比四爪卡盘来说，它夹紧力小，不适合装复杂形状的零件。

　　在调头装夹时，要用磁性表座对工件进行找正，并加垫铜皮，以防夹伤已经加工好的零件表面，详见表2-1。

　　(六)工件零点选择

　　工件零点设定在工件右端面中心处，详见表2-1。

　　(七)确定加工方案

　　加工高精度的零件，一般分为粗车加工、半精车加工和精车加工的精度控制方式。

　　第一步先夹持毛坯35 mm处车左端轮廓，车 Φ52 mm的外轮廓长度，车至 75 mm，车 Φ40 mm、Φ30 mm、切退刀槽和外圆槽、车M 30×2 的螺纹。

　　第二步调头找正车圆锥面、Φ30 mm的外轮廓、R4 的圆弧。

　　该典型轴加工顺序如表2-1零件加工工艺简卡所示：

　　三、刀具、车削用量的选用

　　(一)数控刀具的选用

　　数控车刀的选用和车削用量的参数设定是数控车加工工艺中的重要内容，两者会影响产品的生产效率和零件的加工质量，所以要考虑：(1)车刀要能方便安装和调整;(2)要有较高的刚性、高的耐用度和可靠性;(3)要有较高的自动换刀及重复定位精度。

　　在满足加工要求的前提下，应尽量少垫垫刀片，且车刀长度要尽量短，以提高车刀的刚性。

　　(二)车削用量的选用

　　数控车床的切削用量选用原则为，(1)粗车切削要以提高产品的生产效率为主，一般尽量取较大的吃刀量;(2)半精车切削和精车切削时，应根据粗车加工后的加工余量来确定吃刀量。

　　实际加工参数可以查看所用机床的说明书和切削用量手册来确定，同时也要根据加工经验来定。

　　1.车削的吃刀深度 t 。

　　在数控车床、工件装夹和车刀刚度的允许下，t 可以跟加工余量相同，这样能有效地提高生产效率。

　　2.进给速度v(mm/r)。

　　进给速度的提高能提高产品生产效率，一般地，粗车为(0.2-0.5)mm/r，精车为(0.05-0.1)mm/r。

　　3.主轴转速 n(r/min)。

　　一般地，粗车为(600-1000)r/min，精车为(1200-15000)r/min。

　　四、工艺文件

　　(一)零件加工刀具卡

　　用数控车床加工零件的加工刀具卡如表2-2，表2-3所示。

　　(二)零件加工工艺卡

　　用数控车床加工零件的工艺卡如表2-4所示。

　　五、程序编辑

　　(一)手工编程见表2-5及表2-6

　　利用手工编程方法进行编程加工时，其编程见表2-5及表2-6。

　　六、计算机自动编程介绍

　　计算机软件自动编程是以计算机辅助设计(CAD)建立起来的零件几何模型作为基础，以计算机辅助制造软件(CAM)为手段，通过零件图形交互方式生产加工刀迹轨迹和加工程序的方法，称为计算机软件自动编程，简称自动编程。

　　这种编程的方法通常使用于曲面或曲线和形状比较复杂的零件编程加工，而数控车自动编程软件常用的有“CAXA数控车”和 “Mastercam”等，在此不作具体的介绍。

　　通过对本零件的加工，可掌握工件加工的一些常用的步骤和流程，并从中学会分析零件图纸、制订加工工艺、选择正确的加工路线、合理选择刀具和切削用量、软件编程，为以后工作打下坚实的基础。

　　【参考文献】

　　[1]李一民.数控机床[M].南京：东南大学出版社，2005

　　[2]眭润舟.数控编程与加工技术[M].北京：机械工业出版社，2006(第一版)

　　数控车削编程技巧【3】

　　摘　要　尽管现在CAD/CAM软件已相当普遍，但手工编程仍有它的应用价值，因为方便快捷不需要软件就能立竿见影，特别是现在高端数控系统拥有很多固定循环。

　　文中所列出的技巧及注意事项都是作者通过产、教、研的实践得出并验证过的，具有一定实用价值。

　　笔者以FANUC0i-C系统为例，就数控车加工中的手工编程技巧进行探讨，着重谈循环、宏程序及其他指令使用的细节与妙用。

　　关键字 数控编程、循环、宏程序

　　一、基础篇

　　(一)进给路线如何优化。

　　编写程序其实编写的就是进给路线，也就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。

　　那么进给路线如何优化对于数控加工是很重要的。

　　通常应考虑以下几个方面：

　　1.减少空刀。

　　在整个切削轨迹中要避免连续的退刀或空刀等，保证刀具的每次移动都在有效切削，缩短加工时间，提高效率;2.合理安排起刀点。

　　如在循环加工中，根据工件的实际加工情况，合理安排起刀点，在确保零件能够按预想的工艺加工出来及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，减少空刀节省在加工过程中的执行时间;3.选用合适的切削要素。

　　在兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求下，选择合理的切削要素采取最短的切削进给路线，提高生产效率，降低刀具磨损，提高刀具寿命;4.合理安排刀具。

　　第一，粗精加工刀具合理安排、充分发挥刀具的性能，同样可以减短刀具路径。

　　比如可以用切槽刀车削外圆、倒角。

　　第二，对于大批量生产，加工时间多精确到秒，那么换刀和退刀可能会占到总加工时间相当大的比例。

　　在安排刀具时要考虑按工艺顺序安排刀具安装位置，长短刀具的协调，以便减少退刀距离。

　　也可以使用一些复合刀具完成，比如复合台阶钻、绞刀等。

　　(二)零件精度保证。

　　1.尺寸值的确定。

　　为便于尺寸控制，修改刀具磨损。

　　编程中尺寸值都按中间尺寸编写;2.合理选取起刀切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。

　　可以采用圆弧切入切出的方式。

　　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而留下刀痕;3.对于一些配合后要求圆滑过渡的曲面，可以先分开加工，并留合适的余量，然后配合起来再加工，轻松解决曲面连接问题;4.选择工件在加工后变形较小的路线。

　　对细长零件或薄板零件，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。

　　(三)加工过程的安全保障要点。

　　1.要避免刀具与非加工面的干涉，并避免刀具与工件相撞。

　　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。

　　对于FANUC0i-C系统特别要注意“G0”的走刀方式，它是先按45度方向运动后再单方向运动到终点位置的，在安排快速进退刀时往往会忽略这点，导致撞刀;2.务必确认机床进给量的默认单位，如果不能确定，那么在程序的起始就写好相应指令如G98为mm/r或G99为mm/min;3.在使用G70循环加工时要先加刀具定位，防止在测量修改刀补前，为便于测量等移动了刀具使得刀具位置不当，从而导致精加工结束后突然撞刀，特别是镗孔加工。

　　因为G70的思路是从哪个位置开始在最后结束回到那个位置。

　　(四)减少程序段数目和编制程序工作量。

　　1.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，可以把这部分操作编写成子程序，根据需要随时调用。

　　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，可以采用宏指令编程，减少编程时进行烦琐的数值计算，精简程序量; 2.区分好模态功能与非模态功能指令，对于连续使用模态指令可时可以不要充分写该指令，减少程序量，还可减少输入时的错误率。

　　二、提高篇

　　(一)合理选用各个循环加工指令。

　　在FANUC0i-C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，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,合理选用，争取加工出精度高的零件。

　　1.认清循环中参数值表示的含义，比如：表示加工余量，每次切入量时的U为半径量，而表示精加工余量时的U则表示的为直径量。

　　2.参数值的正负如何确定。

　　G71、G72、G73精加工余量的值使用根据机床刀架位置及加工走刀方式来决定的，很多编程者会经常陷入混乱。

　　我总结了一个方法保证不会出错：先在零件想要的轮廓基础上去加上余量画条相同曲线，然后再放到坐标系中分别看X与Z方向，将画的曲线相对于实际想要的轮廓比较，看它相对往X与Z的正还是负方向运动了，那么参数的正负与它比较的结果同号。

　　3.G71、G72、G73等循环指令在加工时的切削用量由循环本身或在该语句之前指定的值来确定，对于精加工轮廓描述语句中的用量不予理睬，它们只有在G70时才有作用。

　　4.G71和G72选择时主要是看轴向和径向余量的比例。

　　一般轴向与径向比大于1时用G71，对于等于1时要综合考虑刀具刀具等因素来确定。

　　5.G71不能加工内凹的零件，G73适用于余量比较均匀的零件。

　　加工零件时一般尽量采用G71，因为相对于G73空刀较少。

　　有时可以将零件轮廓整合先用G71，然后再用G73修整轮廓。

　　6.用G74钻孔前，必须将刀具移到0，0点，保证钻头轴心与零件中心线重合。

　　7.螺纹切削循环加工指令。

　　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，编程效率较高。

　　此加工方法一般适用于大螺距低精度螺纹的加工。

　　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。

　　一般建议采用G76加工螺纹，当然有时也可以复合使用。

　　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，以防止螺纹乱牙。

　　对于双线螺纹，G76在使用时保证起刀点相差一个螺距。

　　还有注意的是G76中R(d)参数单位为mm，很多读者会误认为是um。

　　(二)充分发挥指令功能，保证零件的加工质量和精度。

　　1.G70的妙用

　　如果在一个零件上有重复出现的形状为便于计算及快速编程也可以不采用子程序直接用G70调用，节省机床内存空间及便于检查程序，又不用另外重新开一新程序，便于程序管理。

　　2.宏程序的一些妙用

　　(1)椭圆与抛物线等曲线可以用宏程序编程，a.可以一般方程将它转换成X=f(z)的表达式，然后取Z为自变量。

　　通过调整自变量的变化增量可以控制曲线的拟合精度，对于粗加工可以设置的大些。

　　或者使用参数方程将角度作为自变量。

　　b.设置计算程序时，始终将椭圆或抛物线的原点放在曲线的中心，待要输出具体轴向运动时再回归具体零件的坐标中来，计算时可以从曲线的数学原点相对于零件的坐标原点去看，看它向正还负向移动了，则输出时对应的加或减移动量，注意X方向要乘2，因为是直径编程。

　　C. 对于凹凸的曲线，只需对应的在公式前添上正负号便可。

　　d.选择跳转或循环指令时一定要分清它在条件判断后的程序走向。

　　以便建立正确的条件表达式和程序结构。

　　(2)对于批量生产为方便控制精度及时修改不偿值，比如每50件检查一次，也可以用宏程序中的变量控制叠加跳转来产生停止，便于提醒操作者测量检验零件。

　　(3)机床维护、维修、检验精度时，我们经常需要让机床来回往复的运动。

　　这时可以编制一个死循环的宏程序，让机床往复运动，直到你需要停止时点击复位REST键即终止程序。

　　三、结语：

　　以上我分两大块来总结，因水平有限，难免有不当之处，望指出!总之，随着科学技术的飞速发展，数控车床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。

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