数控车工编程加工工艺设计技巧

数控车工编程加工工艺设计技巧

董爱芳

关键词：数控车床编程；加工；工艺设计

一、引言

随着UG等各种计算机编程软件的不断向更高功能的更新和普及，现在的零件已经越来越复杂，要想把一个零件完整的加工出来，编程前对所加工的零件进行工艺分析,订出工艺方案，选择合适的刀具，确定切削用量等，都成了工件是否能顺利加工完成的首要条件，所谓一棋不就，满盘皆输。所以一个工艺方案要考虑方方面面，数控车加工与普通车加工相比，有它的一些基本特点：1.数控车加工的工序内容比普通车加工的工序内容复杂。2.数控车床加工程序的编制比普通车床工艺规程的编制复杂。

二、数控车床加工工艺所要考虑的主要内容

1．根据所要加工的零件的要求，选择适合在数控车床上加工的零件，把工序内容确定下来。2．分析所要加工的零件的图纸，明确加工内容,制定好数控加工走刀路线。3．全面考虑调整数控加工工序，以利于完整加工。4．根据实际情况处理数控机床上部分工艺指令。

三、数控加工的工艺处理过程

1.确定工件的加工部位，加工轮廓，加工尺寸等具体内容

确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序的联系。(1)优先选择普通机床上无法加工的内容作为数控加工的内容。(2)选择普通机床难加工，质量也难保证的内容作为数控加工的内容。(3)普通机床加工效率低，工人操作劳动强度大的内容，可考虑在数控机床上加工。(4)这个工件在本工序加工之前的情况是怎样,例如材料是铸件、锻件或棒料、工件的形状、尺寸、加工余量等。

2.确定工件的夹具选择及装夹方式

由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确坐标方向。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可采用尾座顶尖支持工件。由于数控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，还可使用软爪夹持工件，软爪弧面由操作者随机配制，可获得理想的夹持精度。通过调整油缸压力，可改变卡盘夹紧力，以满足夹持各种薄壁和易变形工件的特殊需要。为减少细长轴加工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时，可采用液压自动定心中心架，定心精度可达0.03mm。

除此之外，主要考虑下列几点：(1)当零件加工批量小时，尽量采用组合夹具，可调试夹具及其他通用夹具。(2)夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀。(3)装卸零件要方便可靠，以缩短准备时间。

3.确定数控加工工序

在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使所制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。

确定走刀路线：走刀路线泛指刀具从对刀点(或机床固定原点)开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。

确定走刀路线的工作重点，主要用于确定粗加工及空行程的走刀路线，因精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。

(1)寻求最短加工路线，减少空刀时间。在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。(2)刀具的进退刀(切入切出)路线要认真考虑，减少在轮廓切削中停刀留下刀痕。(3)要选择工件在加工后变形小的路线。

4.制定加工方案的原则

制定加工方案的一般原则为：先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。

(1)先粗后精

为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。

当粗加工工序安排完后，应接着安排换刀后进行的半精加工和精加工。其中，安排半精加工的目的是，当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。

(2)先近后远

这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。

(3)先内后外

对既要加工内表面(内型、腔)，又要加工外表面的零件，在制定其加工方案时，通常应安排先加工内型和内腔，后加工外表面。这是因为控制内表面的尺寸和形状较困难，刀具刚性相应较差，刀尖(刃)的耐用度易受切削热影响而降低，以及在加工中清除切屑较困难等。

走刀路线最短

加工路线与加工余量的关系

在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则要注意程序的灵活安排，安排一些子程序对余量过多的部位先作一定的切削加工。

车螺纹时的注意事项

数控车床加工螺纹时，因其传动链的改变，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴(多为Z轴)方向位移一个螺距即可，不应受到限制，但数控车床加工螺纹时，会受到以下几方面的影响：

车螺纹时，螺纹车刀刀尖及两侧刀刃都参加切削，每次进刀只作径向进给，随着螺纹深度增加，进刀量相应减少，否则容易产生扎刀现象。

车螺纹时，由于是车刀两个主切削刀中的一个在进行单面切削，避免了三刃同时切削，所以容易产生扎刀现象，在实际操作中，要一边控制左右进给量，一边观察切屑情况，当排出的切屑很薄时，就采用光整为工件车出的螺纹表面光洁。

5.确定切削用量与进给量

在编程时，我们必须确定每道工序的切削用量。选择切削用量时，一定要充分考虑影响切削的各种因素，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。影响切削条件的因素有：机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度及热处理状况；工件数量；机床的寿命。

上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。切削速度快慢直接影响切削效率。若切削速度过小，则切削时间会加长，刀具无法发挥其功能；若切削速度太快，虽然可以缩短切削时间，但是刀具容易产生高热，影响刀具的寿命。决定切削速度的因素很多，概括起来有：

刀具材料。刀具材料不同，允许的最高切削速度也不同。

工件材料。工件材料硬度高低会影响刀具切削速度，同一刀具加工硬材料时切削速度应降低，而加工较软材料时，切削速度可以提高。

刀具寿命。刀具使用时间(寿命)要求长，则应采用较低的切削速度，反之，可采用较高的切削速度。

切削深度与进刀量。切削深度与进刀量大，切削抗力也大，切削热会增加，故切削速度应降低。

刀具的形状。刀具的形状、角度的大小、刃口的锋利程度都会影响切削速度的选取。

冷却液使用。机床刚性好、精度高可提高切削速度；反之，则需降低切削速度。

在使用数控机床刀具方面，对于不同的零件材质，都分别在一套切削速度，切削深度、进给量三者相互适应的最佳切削参数，我们在实践中要不断摸索到最好的切削参数。

在数控车床编程过程中，都要考虑数控工艺问题，在具体的加工实践中，需要对数控编程中的工艺和优化问题进行正确处理，这要求我们不断地总结实践经验，促使我们的工艺分析和处理水平有大幅度的提高，更好的为教育教学服务，培养高素质的学生，为社会输送更优秀的人才。

(作者单位：广西崇左市职业技术学校532200)