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淺談數(shù)控車床加工程序的編制
在數(shù)控車削中，程序貫穿整個(gè)零件的加工過(guò)程。由于每個(gè)人的加工方法不同，編制加工程序也各不相同，但最終的目的是為了提高數(shù)控車床的生產(chǎn)效率，因此對(duì)于選擇最合理的加工路線顯得尤為重要。本文將從確定走刀路線、選擇合適的G命令等細(xì)節(jié)出發(fā)，分析在數(shù)控車削中程序的編制方法。
一、分析零件圖樣
分析零件圖樣是工藝準(zhǔn)備中的首要工作，直接影響零件的編制及加工結(jié)果。主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：
分析加工輪廓的幾何條件：主要目的是針對(duì)圖樣上不清楚尺寸及封閉的尺寸鏈進(jìn)行處理。
分析零件圖樣上的尺寸公差要求，以確定控制其尺寸精度的加工工藝，如刀具的選擇及切削用量的確定等。
分析形狀和位置公差要求：對(duì)于數(shù)控切削加工中，零件的形狀和位置誤差主要受機(jī)床機(jī)械運(yùn)動(dòng)副精度的影響。在車削中，如沿Z坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的方向與其主軸軸線不平形時(shí)，則無(wú)法保證圓柱度這一形狀公差要求；又如沿X坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的方向與其主軸軸線不垂直時(shí)，則無(wú)法保證垂直度這一位置公差要求。因此，進(jìn)行編程前要考慮進(jìn)行技術(shù)處理的有關(guān)方案。
分析零件的表面粗糙度要求，材料與熱處理要求，毛坯的要求，件數(shù)的要求也是對(duì)工序安排及走刀路線的確定等都是不可忽視的參數(shù)。
二、合理確定走刀路線，并使其最短
確定走刀路線的工作是加工程序編制的重點(diǎn)，由于精加工切削程序走刀路線基本上都是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的，因此主要內(nèi)容是確定粗加工及空行程的走刀路線。走刀路線泛指刀具從對(duì)刀點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)起，直到返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序所經(jīng)過(guò)的路徑。包括切削加工的路徑及刀具引入、切出等非切削空行程。使走刀路線最短可以節(jié)省整個(gè)加工過(guò)程的執(zhí)行時(shí)間，還能減少一些不必要的刀具消耗及機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)滑動(dòng)部件的磨損。下圖1所示為三種車錐方法，用矩形循環(huán)命令進(jìn)行加工，來(lái)分析一下走刀路線合理確定。
圖1a為平行車錐法，這種方法是每次進(jìn)刀后，車刀移動(dòng)軌跡平行于錐體母線，隨著每次進(jìn)刀吃刀，Z相尺寸按一定比例增加，與普車加工錐體方法相同，使初學(xué)者易懂。Z向尺寸的計(jì)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(zhǎng)度Z上增加10毫米。按該比例可以很簡(jiǎn)單的進(jìn)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1b為改變錐角車錐法，是隨著每一次X向進(jìn)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。這種車錐法可以不必進(jìn)行每次Z向尺寸的計(jì)算，但在加工中由于Z向尺寸相同，使加工路線較長(zhǎng)，同時(shí)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。圖1c為階臺(tái)加工錐體法，這種加工法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(tái)，最后一刀車刀沿錐體斜面進(jìn)行走刀，這種加工方法要先做1:1比例圖，否則易車廢工件，由于是臺(tái)階狀，所以余量不均勻，影響錐面加工質(zhì)量。
顯然，上述三種切削路線中，如果起刀點(diǎn)相同，則平行法車錐體路線最合理，生產(chǎn)中常用此法進(jìn)行加工。
三、合理調(diào)用G命令使程序段最少
按照每個(gè)單獨(dú)的幾何要素（即直線、斜線和圓弧等）分別編制出相應(yīng)的加工程序，其構(gòu)成加工程序的各條程序即程序段。在加工程序的編制工作中，總是希望以最少的程序段數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的加工，以使程序簡(jiǎn)潔，減少出錯(cuò)的幾率及提高編程工作的效率。
由于數(shù)控車床裝置普遍具有直線和圓弧插補(bǔ)運(yùn)算的功能，除了非圓弧曲線外，程序段數(shù)可以由構(gòu)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(shí)應(yīng)考慮使程序段最少原則。選擇合理的G命令，可以使程序段減少，但也要兼顧走刀路線最短。如加工上圖1的零件，如果毛坯均為棒料，可以用直線插補(bǔ)命令G01進(jìn)行編程，也可以用矩形循環(huán)命令G90進(jìn)行編程，還可以用復(fù)合循環(huán)命令G71進(jìn)行編程，都可以加工該工件。如下圖2所示，圖2a為用G01命令確定的走刀路線，與圖2b用G90命令確定路線相同，但用G01時(shí)編程復(fù)雜，程序段較多，常用于精加工程序中。圖2c為用G71式加工路線，首先走矩形循環(huán)進(jìn)給路線，最后兩刀走輪廓的得等距線和最終輪廓線，走刀路線不是很長(zhǎng)，且切削量相同，切削力均勻，與G70命令合用還可以使程序編制簡(jiǎn)單，編程時(shí)常用。如果使用的數(shù)控車床沒(méi)有此命令，應(yīng)該首先選用G90矩行循環(huán)命令進(jìn)行編程。所以在編程中要靈活應(yīng)用，選用合理的G命令進(jìn)行程序編制。
對(duì)于非曲線軌跡的加工，所需主程序段數(shù)要在保證其加工精度的條件下，進(jìn)行計(jì)算后才能得知。這時(shí)，一條非圓曲線應(yīng)按逼近原理劃分成若干個(gè)主程序段（大多為直線或圓�。�(dāng)能滿足其精度要求時(shí)，所劃分的若干個(gè)主程序的段數(shù)應(yīng)為最少。這樣，不但可以大大減少計(jì)算的工作量，而且還能減少輸入的時(shí)間及內(nèi)存容量的占有數(shù)。
四、合理安排“回零”路線
在編制較復(fù)雜輪廓的加工程序時(shí)，為使其計(jì)算過(guò)程盡量簡(jiǎn)化，既不易出錯(cuò)，又便于校核，編程者有時(shí)將每一刀加工完后的刀具終點(diǎn)通過(guò)執(zhí)行“回零”指令（即返回對(duì)刀點(diǎn)），使其全返回對(duì)刀點(diǎn)位置，然后在執(zhí)行后續(xù)程序。這樣會(huì)增加走刀距離，降低生產(chǎn)效率。因此，在合理安排“回零”路線時(shí)，應(yīng)使其前一刀終點(diǎn)與后一刀起點(diǎn)間的距離盡量減短，或者為零，即滿足走刀路線最短的要求。
五、合理選擇切削用量
數(shù)控車削中的切削用量是表示機(jī)床主體的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大小的重要參數(shù)，包括切削深度、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度。它們的選擇與普車所要求的基本對(duì)應(yīng)一致，但數(shù)控車床加工的零件往往較復(fù)雜，切削用量按一定的原則初定后，還應(yīng)結(jié)合零件實(shí)際加工情況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整方法是利用數(shù)控車床的操作面板上各種倍率開(kāi)關(guān)，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，來(lái)實(shí)現(xiàn)切削用量的合理配置，這對(duì)操作者來(lái)說(shuō)應(yīng)該具有一定的實(shí)際生產(chǎn)加工經(jīng)驗(yàn)。
六、編程中細(xì)節(jié)問(wèn)題處理
1、注意G04的合理使用
G04為暫停指令，其作用是刀具在一個(gè)指令的時(shí)間內(nèi)暫停止加工。該指令由于不做實(shí)際的切削運(yùn)動(dòng)，常常被忽略。但它在對(duì)于保證加工精度及在切槽、鉆孔改變運(yùn)動(dòng)等方面都有很好的好處，常用于以下幾種情況：
（1）切槽、鉆孔時(shí)為了保證槽底、孔底的的尺寸及粗糙度應(yīng)設(shè)置G04命令。
�。�2）當(dāng)運(yùn)行方向改變較大時(shí)，應(yīng)在該改變運(yùn)行方向指令間設(shè)置G04命令。
�。�3）當(dāng)運(yùn)行速度變化很大時(shí)應(yīng)在其運(yùn)行指令改變時(shí)設(shè)置 G04命令。
�。�4）利用G04進(jìn)行斷削處理，根據(jù)粗加工的切削要求，可對(duì)以連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分段加工安排，每相鄰加工段中間用G04指令將其隔開(kāi)。加工時(shí)，刀具每進(jìn)給一段后，即安排所設(shè)定較短的延時(shí)時(shí)間（0.5秒）實(shí)施暫停，緊接著在進(jìn)給一段，直至加工結(jié)束。其分段數(shù)的多少，視斷削要求而定，當(dāng)斷削不夠理想時(shí)，要增加分段數(shù)。
2、粗精加工分開(kāi)編程
為了提高零件的精度并保證生產(chǎn)效率，車削工件輪廓的最后一刀，通常由精車刀來(lái)連續(xù)加工完成，因此，粗精加工應(yīng)分開(kāi)編程。并且，刀具的進(jìn)、退位置要考慮妥當(dāng)，盡量不要在連續(xù)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(chǎn)生劃傷、形狀突變或滯留刀痕等疵病。
3、編程時(shí)常取零件要求尺寸的中值作為編程尺寸依據(jù)。如果遇到比機(jī)床所規(guī)定的最小編程單位還要小的數(shù)值時(shí)，應(yīng)盡量向其最大實(shí)體尺寸靠攏并圓整。如圖紙尺寸為？ 80+00、026則編程時(shí)寫(xiě)X80.013.
4、編程時(shí)盡量符合各點(diǎn)重合的原則。也就是說(shuō)，編程的原點(diǎn)要和設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)、對(duì)刀點(diǎn)的位置盡量重合起來(lái)，減少由于基準(zhǔn)不重合所帶來(lái)的加工誤差。在很多情況下，若圖樣上的尺寸基準(zhǔn)與編程所需要的尺寸基準(zhǔn)不一致，故應(yīng)首先將圖樣上的各個(gè)基準(zhǔn)尺寸換算為編程坐標(biāo)系中的尺寸。當(dāng)需要掌握控制某些重要尺寸的允許變動(dòng)量時(shí)，還要通過(guò)尺寸鏈解算才能得到，然后才可進(jìn)行下一步編程工作。
5、巧利用切斷刀倒角。對(duì)切斷面帶一倒角的零件，在批量車削加工中比較普遍，為了便于切斷并避免掉頭倒角，可巧利用切斷刀同時(shí)完成車倒角和切斷兩個(gè)工序，效果較好。同時(shí)切刀有兩個(gè)刀尖，在編程中要注意使用哪個(gè)刀尖及刀寬問(wèn)題，防止對(duì)刀加工時(shí)出錯(cuò)。
總之，數(shù)控車床的編程總原則是先粗后精、先進(jìn)后遠(yuǎn)、先內(nèi)后外、程序段最少、走刀路線最短，這就要求我們?cè)诰幊虝r(shí)，特別注意理論聯(lián)系實(shí)際，并在大量的實(shí)踐中，對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證或修正，做到編制的程序最實(shí)用。
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