數(shù)控車床編程加工工藝處理

1. 確定工件的加工部位和具體內(nèi)容

確定被加工工件需在本機(jī)床上完成的工序內(nèi)容及其與前后工序的聯(lián)系。

(1)工件在本工序加工之前的情況。例如鑄件、鍛件或棒料、形狀、尺寸、加工余量等。

(2)前道工序已加工部位的形狀、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)孔等。

(3)本工序要加工的部位和具體內(nèi)容。   

(4)為了便于編制工藝及程序，應(yīng)繪制出本工序加工前毛坯圖及本工序加工圖。

2. 確定工件的裝夾方式與設(shè)計(jì)夾具

根據(jù)已確定的工件加工部位、定位基準(zhǔn)和夾緊要求，選用或設(shè)計(jì)夾具。數(shù)控車床多采用三爪自定心卡盤夾持工件；軸類工件還可采用尾座頂尖支持工件。由于數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速極高，為便于工件夾緊，多采用液壓高速動(dòng)力卡盤，因它在生產(chǎn)廠已通過了嚴(yán)格的平衡，具有高轉(zhuǎn)速(極限轉(zhuǎn)速可達(dá)4000~6000r／min)、高夾緊力(最大推拉力為2000~8000N)、高精度、調(diào)爪方便、通孔、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。還可使用軟爪夾持工件，軟爪弧面由操作者隨機(jī)配制，可獲得理想的夾持精度。通過調(diào)整油缸壓力，可改變卡盤夾緊力，以滿足夾持各種薄壁和易變形工件的特殊需要。為減少細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)受力變形，提高加工精度，以及在加工帶孔軸類工件內(nèi)孔時(shí)，可采用液壓自動(dòng)定心中心架，定心精度可達(dá)0.03mm。

3. 確定加工方案

（一）確定加工方案的原則

加工方案又稱工藝方案，數(shù)控機(jī)床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路線等內(nèi)容。

在數(shù)控機(jī)床加工過程中，由于加工對(duì)象復(fù)雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千變?nèi)f化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影響，在對(duì)具體零件制定加工方案時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行具體分析和區(qū)別對(duì)待，靈活處理。只有這樣，才能使所制定的加工方案合理，從而達(dá)到質(zhì)量?jī)?yōu)、效率高和成本低的目的。

    制定加工方案的一般原則為：先粗后精，先近后遠(yuǎn)，先內(nèi)后外，程序段最少，走刀路線最短以及特殊情況特殊處理。

（1）先粗后精

    為了提高生產(chǎn)效率并保證零件的精加工質(zhì)量，在切削加工時(shí)，應(yīng)先安排粗加工工序，在較短的時(shí)間內(nèi)，將精加工前大量的加工余量(如圖3-4中的虛線內(nèi)所示部分)去掉，同時(shí)盡量滿足精加工的余量均勻性要求。

當(dāng)粗加工工序安排完后，應(yīng)接著安排換刀后進(jìn)行的半精加工和精加工。其中，安排半精加工的目的是，當(dāng)粗加工后所留余量的均勻性滿足不了精加工要求時(shí)，則可安排半精加工作為過渡性工序，以便使精加工余量小而均勻。

    在安排可以一刀或多刀進(jìn)行的精加工工序時(shí)，其零件的最終輪廓應(yīng)由最后一刀連續(xù)加工而成。這時(shí)，加工刀具的進(jìn)退刀位置要考慮妥當(dāng)，盡量不要在連續(xù)的輪廓中安排切人和切出或換刀及停頓，以免因切削力突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接輪廓上產(chǎn)生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等疵病。

（2）先近后遠(yuǎn)

    這里所說的遠(yuǎn)與近，是按加工部位相對(duì)于對(duì)刀點(diǎn)的距離大小而言的。在一般情況下，特別是在粗加工時(shí)，通常安排離對(duì)刀點(diǎn)近的部位先加工，離對(duì)刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工，以便縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行程時(shí)間。對(duì)于車削加工，先近后遠(yuǎn)有利于保持毛坯件或半成品件的剛性，改善其切削條件。

（3）先內(nèi)后外

對(duì)既要加工內(nèi)表面(內(nèi)型、腔)，又要加工外表面的零件，在制定其加工方案時(shí)，通常應(yīng)安排先加工內(nèi)型和內(nèi)腔，后加工外表面。這是因?yàn)榭刂苾?nèi)表面的尺寸和形狀較困難，刀具剛性相應(yīng)較差，刀尖(刃)的耐用度易受切削熱影響而降低，以及在加工中清除切屑較困難等。

（4）走刀路線最短

    確定走刀路線的工作重點(diǎn)，主要用于確定粗加工及空行程的走刀路線，因精加工切削過程的走刀路線基本上都是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的。

    走刀路線泛指刀具從對(duì)刀點(diǎn)(或機(jī)床固定原點(diǎn))開始運(yùn)動(dòng)起，直至返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、切出等非切削空行程。

    在保證加工質(zhì)量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路線，不僅可以節(jié)省整個(gè)加工過程的執(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)部件的磨損等。

    優(yōu)化工藝方案除了依靠大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)外，還應(yīng)善于分析，必要時(shí)可輔以一些簡(jiǎn)單計(jì)算。

    上述原則并不是一成不變的，對(duì)于某些特殊情況，則需要采取靈活可變的方案。如有的工件就必須先精加工后粗加工，才能保證其加工精度與質(zhì)量。這些都有賴于編程者實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)的不斷積累與學(xué)習(xí)。

    （二）加工路線與加工余量的關(guān)系

    在數(shù)控車床還未達(dá)到普及使用的條件下，一般應(yīng)把毛坯件上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時(shí)，則要注意程序的靈活安排。安排一些子程序?qū)τ嗔窟^多的部位先作一定的切削加工。

（1）對(duì)大余量毛坯進(jìn)行階梯切削時(shí)的加工路線

（2）分層切削時(shí)刀具的終止位置

（三）車螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速

數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，因其傳動(dòng)鏈的改變，原則上其轉(zhuǎn)速只要能保證主軸每轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具沿主進(jìn)給軸(多為Z軸)方向位移一個(gè)螺距即可，不應(yīng)受到限制。但數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，會(huì)受到以下幾方面的影響：

（1）螺紋加工程序段中指令的螺距(導(dǎo)程)值，相當(dāng)于以進(jìn)給量（mm/r）表示的進(jìn)給速度F，如果將機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速選擇過高，其換算后的進(jìn)給速度(mm/min)則必定大大超過正常值；

（2）刀具在其位移的始/終，都將受到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)升/降頻率和數(shù)控裝置插補(bǔ)運(yùn)算速度的約束，由于升/降頻特性滿足不了加工需要等原因，則可能因主進(jìn)給運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生出的“超前”和“滯后”而導(dǎo)致部分螺牙的螺距不符合要求；

（3）車削螺紋必須通過主軸的同步運(yùn)行功能而實(shí)現(xiàn)，即車削螺紋需要有主軸脈沖發(fā)生器(編碼器)。當(dāng)其主軸轉(zhuǎn)速選擇過高，通過編碼器發(fā)出的定位脈沖(即主軸每轉(zhuǎn)一周時(shí)所發(fā)出的一個(gè)基準(zhǔn)脈沖信號(hào))將可能因“過沖”(特別是當(dāng)編碼器的質(zhì)量不穩(wěn)定時(shí))而導(dǎo)致工件螺紋產(chǎn)生亂扣。

因此，車螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速的確定應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：

（1）在保證生產(chǎn)效率和正常切削的情況下，宜選擇較低的主軸轉(zhuǎn)速；

（2）當(dāng)螺紋加工程序段中的導(dǎo)入長(zhǎng)度δ₁和切出長(zhǎng)度δ₂（如圖所示）考慮比較充裕，即螺紋進(jìn)給距離超過圖樣上規(guī)定螺紋的長(zhǎng)度較大時(shí)，可選擇適當(dāng)高一些的主軸轉(zhuǎn)速；

（3）當(dāng)編碼器所規(guī)定的允許工作轉(zhuǎn)速超過機(jī)床所規(guī)定主軸的最大轉(zhuǎn)速時(shí)，則可選擇盡量高一些的主軸轉(zhuǎn)速；

（4）通常情況下，車螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速(n_螺)應(yīng)按其機(jī)床或數(shù)控系統(tǒng)說明書中規(guī)定的計(jì)算式進(jìn)行確定，其計(jì)算式多為：

n_螺≤n_允／L(r／min)  式中n_允—編碼器允許的最高工作轉(zhuǎn)速(r／min)；

L—工件螺紋的螺距(或?qū)С蹋琺m)。

4. 確定切削用量與進(jìn)給量

在編程時(shí)，編程人員必須確定每道工序的切削用量。選擇切削用量時(shí)，一定要充分考慮影響切削的各種因素，正確的選擇切削條件，合理地確定切削用量，可有效地提高機(jī)械加工質(zhì)量和產(chǎn)量。影響切削條件的因素有：機(jī)床、工具、刀具及工件的剛性；切削速度、切削深度、切削進(jìn)給率；工件精度及表面粗糙度；刀具預(yù)期壽命及最大生產(chǎn)率；切削液的種類、冷卻方式；工件材料的硬度及熱處理狀況；工件數(shù)量；機(jī)床的壽命。

上述諸因素中以切削速度、切削深度、切削進(jìn)給率為主要因素。

切削速度快慢直接影響切削效率。若切削速度過小，則切削時(shí)間會(huì)加長(zhǎng)，刀具無法發(fā)揮其功能；若切削速度太快，雖然可以縮短切削時(shí)間，但是刀具容易產(chǎn)生高熱，影響刀具的壽命。決定切削速度的因素很多，概括起來有：

(1)刀具材料。刀具材料不同，允許的最高切削速度也不同。高速鋼刀具耐高溫切削速度不到50m／min，碳化物刀具耐高溫切削速度可達(dá)100m／min以上，陶瓷刀具的耐高溫切削速度可高達(dá)1000m／min。

(2)工件材料。工件材料硬度高低會(huì)影響刀具切削速度，同一刀具加工硬材料時(shí)切削速度應(yīng)降低，而加工較軟材料時(shí)，切削速度可以提高。

(3)刀具壽命。刀具使用時(shí)間(壽命)要求長(zhǎng)，則應(yīng)采用較低的切削速度。反之，可采用較高的切削速度。

(4)切削深度與進(jìn)刀量。切削深度與進(jìn)刀量大，切削抗力也大，切削熱會(huì)增加，故切削速度應(yīng)降低。

(5)刀具的形狀。刀具的形狀、角度的大小、刃口的鋒利程度都會(huì)影響切削速度的選取。

(6)冷卻液使用。機(jī)床剛性好、精度高可提高切削速度；反之，則需降低切削速度。

上述影響切削速度的諸因素中，刀具材質(zhì)的影響最為主要。

切削深度主要受機(jī)床剛度的制約，在機(jī)床剛度允許的情況下，切削深度應(yīng)盡可能大，如果不受加工精度的限制，可以使切削深度等于零件的加工余量。這樣可以減少走刀次數(shù)。

主軸轉(zhuǎn)速要根據(jù)機(jī)床和刀具允許的切削速度來確定�？梢杂糜�(jì)算法或查表法來選取。

進(jìn)給量f(mm／r)或進(jìn)給速度F(mm／min)要根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度、刀具和工件材料來選。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)及數(shù)控系統(tǒng)的限制。

編程員在選取切削用量時(shí)，一定要根據(jù)機(jī)床說明書的要求和刀具耐用度，選擇適合機(jī)床特點(diǎn)及刀具最佳耐用度的切削用量。當(dāng)然也可以憑經(jīng)驗(yàn)，采用類比法去確定切削用量。不管用什么方法選取切削用量，都要保證刀具的耐用度能完成一個(gè)零件的加工，或保證刀具耐用度不低于一個(gè)工作班次，最小也不能低于半個(gè)班次的時(shí)間。