探讨数控车工编程加工工艺设计技巧

◎高永杰

一、数控车床在生产中的意义及必要性

1.数控车床在生产中的意义。要想了解数控车床在生产中的意义，首先要了解什么是数控车床，数控车床是用来干什么的，优势在哪里，首先数控车床是指通过电脑控制机械对物件进行制造与加工的机器，数控车床是集电信号、机械操控、液压控制、微电子技术的综合载体，数控技术在一些欧美发达国家非常成熟，是衡量一个国家工业发达程度的标准，这就是数控车床在生产中起到的真正意义。

2.数控车床在生产中的必要性。数控车床的必要性，可以说是显而易见的，一个生产制造厂如果有它，可以更有效率，更精确的制造产品，而且由于它是通过计算机控制，可以制作人工无法精确制造的形状，它具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。有些高级的数控车床在出厂前，厂家就已经设定好了很多种常用的形状，如椭圆、抛物线、双曲线等非圆曲线，方便编程人员操作，机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高，使产品更有竞争性，在市场上处于领先的不败之地。作为一个制造企业，什么才是核心竞争力，首先是技术人才，而光有优秀的人才，你也要给他一个能够充分发挥他技术的工具，还有一句老话说的好，工欲善其事必先利其器，一个好的工具也是非常重要的，所以数控车床在一个制造型企业所起的作用就显而易见了。

二、数控加工需要遵循的原则

1.先粗后精。为了提高生产效率并确保零件精加工质量，在切削过程中，应先安排粗加工工序，快速去掉精加工前大量的加工余量，粗加工完成产品的框架，再进行半精加工，这一步必须进行换刀，组织半精加工是在粗加工后剩余余量的均匀性不能满足精加工要求时，将半精加工组织为过渡工艺，为后续精加工做铺垫，使精加工余量小而均匀。

2.先近后远。在数控加工时要做好定位，先近后远地进行加工，这里的远和近是基于工件对刀点的距离来划分的，在正常情况下，特别是在粗加工期间，通常先处理刀点附近的部位，远离刀点的部位后进行加工，以减小刀具移动，缩短空行程时间，对于车削加工，还有利于保持原始或半成品部件的刚度并改善切削条件。

3.先里后外。对于需要加工内部和外表面的部件，需要按照先里后外的顺序，先加工内形和内腔，后加工外形表面，减少障碍，避免出现难以控制内表面的尺寸和形状、工件刚性差，刀尖的耐久性低等现象。

三、数控编程的基本过程

1. 建立或者获取零件模型。零件的CAD 模型是数控编程的前提和基础，CAM软件数控程序的编制必须有CAD 模型作为加工对象。常用CAM 软件如Mastercam、caxa 数控车等具有强大的CAD 系统，用户可以通过模块之间的切换，在零件设计、曲面造型等模块中建立所需的零件CAD 模型，完成后再切换到相应的数控加工模块中。CAM 软件也具有强大的数据转换接口，用户可以首先将其他CAD 系统所建立的零件模型转换为公共的数据转换格式，再导入软件得到零件模型。

2.加工工艺分析及规划。加工工艺分析和规划在很大程度上决定了数控程序的质量，主要是确定加工区域、加工性质、走刀方式、使用刀具、主轴转速和切削进给等项目。加工工艺分析和规划主要包括以下内容：

（1）加工对象的确定。通过对模型的分析，确定工件的哪些部位需要在数控车床上加工。数控车加工的工艺适应性也是有一定限制的，有些特殊部位是不适合加工的，应使用线切割或者电加工来加工；而某些加工内容可能使用普通机床有更好的经济性，如孔的加工可以使用钻床、平面加工可以用铣床来加工。

（2）加工工艺路线规划。从粗加工到精加工，根据加工要素进行加工流程规划，做好加工余量分配。

（3）加工工艺和加工方式确定。进行刀具选择、加工工艺参数和数控车削方式的选择等。

3.完善零件模型。

（1）确定坐标系。坐标系是加工的基准，将坐标系定位在适合机床操作人员确定的位置，同时保持坐标系的统一。

（2）修补部分轮廓。对于因有不加工部位存在而造成的轮廓空缺部位，应该补充完整。如键槽部位、销孔部位、平面部位、退刀槽部位等，应该将这些部位补充完整，这样获得的刀具路径规范而且安全。

（3）修整轮廓曲线。对于通过公共数据转换格式得到的零件CAD 模型，看似光滑的曲线可能存在断点，或存在重线，看似一体的曲线在连接处可能不相交，这样可以通过修整或者删除重线构造出最佳的加工轮廓曲线。然后构建刀路限制边界，构建出边界曲线来限制加工区域。

4.设置加工参数。参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施，它构成了利用CAD 软件进行数控编程的主要操作内容，直接影响生成的数控程序质量。参数设置的内容主要有以下几个方面：

（1）设置加工对象。用户通过交互手段选择被加工几何要素，确定毛坯、加工分区和避让区域等。

（2）设置切削方式。指定刀轨的类型及相关参数。

（3）设置刀具及机械参数。针对每一个加工工序选择适合的加工刀具，并在软件中设置相应的机械参数，包括主轴转速、切削进给、切削液控制等。

（4）设置加工程序参数。包括对进退刀位置及方式、切削用量、行间距、加工余量等的设置。这是参数设置中最主要的内容之一。

5.生成数控刀路。在完成参数设置后，CAM 软件将自动进行刀轨的计算。

6.检验数控刀路。为确保数控程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验，检查刀路是否有明显过切或者加工不到位，同时检查是否发生与工件及夹具的干涉。对检查中发现的问题，应该调整参数的设置，再重新进行计算、校验，直到准确无误。

7.生成数控程序。前面生成的只是数控刀轨，还需要将刀轨以规定的标准格式转换为数控代码并输出保存。数控程序文件可以用记事本进行打开。在生成数控程序后，还需要检查这个程序文件，特别对程序头及程序尾部分的语句进行检查，如有必要可以修改。数控程序文件可以通过传输软件传输到数控机床的控制器上，由控制器按程序语句驱动机床加工。

结束语：数控车床加工程序的编程虽然比一般普通机床复杂，但是数控加工的工作效率更高，能够最大限度的减少劳动强度，更能节约成本，所以在进行数控加工时，需要不断总结经验，提高工艺水平，提升工件加工质量和效率。