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摘 要:本文主要从数控车床中级的编程和机床操作这两方面探讨了考生在培训和考试中应注意的一些问题、解决方法以及作者在长期的培训中的一些经验总结。
关键词:数控车床中级 数控车削的编程 数控车床操作
中图分类号:TG659 文献标识码:A文章编号:1673-1875(2009)11-121-02
一、前言
从20世纪中叶数控技术出现以来,数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工柔性好、精度高、生产率高、减轻操作者劳动强度、改善劳动条件、有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高的特点使得数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要装备。如何利用机床高效、合理、按质按量完成工件的加工,这就对机床操作者提出了更高的要求。社会急需培养一大批既有现代科学技术,又具有生产能力的中等人才,经过职业技能训练,能够在工厂第一线或技术部门从事数控机床编程与操作、使用与维护的应用型的技术人才,由此数控等级工考试应运而生。本文是作者根据长期的培训经验及考试中所遇到的问题对数控中级考试中数控车床的编程和操作进行了探讨。
二、数控车削的编程
理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件,同时应能使机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。这就要求操作者必须在编程之前对工件进行工艺分析,根据具体条件,选择经济、合理的工艺方案。数控加工工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本的重要因素。
1、数控加工工序的划分
在数控机床上加工零件,工序比较集中,一次装夹应尽可能完成全部工序,常用的工序划分原则有两种:
①保证精度原则;
②提高生产效率的原则。
由于是考试,所以在编程中采用“保证精度原则”即在数控加工中使粗、精加工在一次装夹中完成,以保证零件的加工精度,当热变形和切削力变形对零件的加工精度影响较大时,应将粗、精加工分开进行。
2、车刀刀位点的选择
数控加工中,数控程序应描述出刀具相对于工件的运动轨迹,刀具的刀位点即为在程序编制时,刀具上所选择的代表刀具所在位置的点,程序所描述的加工轨迹即为该点的运动轨迹。 从理论上讲可选择刀具上任意一点作为刀位点,但为了方便编程和保证加工精度,刀位点的选择有一定的要求和技巧。在数控车削中,刀位点的选择一般遵循以下规则:车刀应是假想刀尖或刀尖圆弧中心,刀具刀位点在选择时应注意:
① 选择刀具上能够直接测量的点,刀位点与刀具长度预调时的测定点应尽量一致。
② 在可能的情况下,刀位点应直接与精度要求较高的尺寸或难于测量的尺寸发生联系。
③ 所选择的刀位点能使刀具极限位置直接体现于程序的运动指令中。
④ 编程人员应有习惯性的刀位点选择方法,不宜多变。
⑤ 所选定的刀位点,在刀具调整图中应以图形标示。
3、数控机床加工路线的设计
数控机床加工工序设计的主要任务:确定工序的具体加工内容、切削用量、工艺装备、定位安装方式及刀具运动轨迹,为编制程序作好准备。其中加工路线的设定是很重要的环节,加工路线是刀具在切削加工过程中刀位点相对于工件的运动轨迹,它不仅包括加工工序的内容 ,也反映加工顺序的安排,因而加工路线是编写加工程序的重要依据。其原则为:
①加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。
②设计加工路线要减少空行程时间,提高加工效率。
③简化数值计算和减少程序段,降低编程工作量。
④据工件的形状、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况,确定循环加工次数。
⑤合理设计刀具的切入与切出的方向。采用单向趋近定位方法,避免传动系统反向间隙而产生的定位误差。
例题一:
这是一道数控中级工的考题,当我们看到图之后应先确定加工工序,如图车削外圆的加工路线应有两条:A-B-C-D-E-F-G和J-I-H-G。
从装夹角度来看我们应先加工A-B-C-D-E-F-G,再加工J-I-H-G,最后加工I-H之间的螺纹。
4、程序的编辑
4.1轮廓编程:在轮廓编程中,一般采用两种 ①粗车循环G71和精加工G70
②封闭切削循环G73和精加工G70
这两种编程方式选哪种要看所编图纸中外圆轮廓是否是从小到大的变化的,G71只适用于车削从小到大的轮廓,而轮廓有大小间隔变化的就得用G73了。如右图
例题二:
在此图中轮廓A-B-C-D-E就可用G71进行粗加工即粗车循环G71和精加工G70,而轮廓L-K-J-I-H-G-F-E-D则必须用封闭切削循环G73和精加工G70。
当然,我们在编程过程中还应注意该程序段落中是否有圆弧,如果有应在形状补偿中加入刀补,即T3,R0.4（一般刀尖圆弧半径为0.8）
4.2螺纹编程:无论车削哪一种螺纹,车床主轴与刀具之间必须保持严格的运动关系:即主轴每转一转（即工件转一转）,刀具应均匀地移动一个（工件的）导程的距离。在中级工考试中就有对螺纹的要求,操作者必须通过以下方法掌握普通螺纹的计算及编程:
① 螺纹加工前工件直径
考虑螺纹加工牙型的膨胀量,螺纹加工前工件直径D/d－0.1P,即螺纹大径减0.1螺距,一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小0.1到0.5。
②螺纹加工进刀量
螺纹加进刀量可以参考螺纹底径,即螺纹刀最终进刀位置。
螺纹小径为:大径－２倍牙高;牙高=0.54P（P为螺距）
螺纹加工的进刀量应不断减少,具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。
③ 普通螺纹的编程加工
在目前的数控车床中,螺纹切削一般有三种加工方法:G32直进式切削方法、G92直进式切削方法和G76斜进式切削方法,由于切削方法的不同,编程方法不同,造成加工误差也不同。我们在使用上要仔细分析,争取加工出精度高的零件。
考工零件多使用G92。
三、数控车床操作
程序的编辑只是数控考试的一部分,关键还在于机床的操作和对加工零件尺寸的控制。对于参加数控中级考试的操作者,数控车床的操作可以简单概括为以下几步:
1、考工零件长度的车削
经过考试测评中心的改革后,数控车床操作者拿到的考试零件（毛坯）都在100mm左右,而考试零件（加工后）为98mm,并且每个零件都为双头件,这就给操作者带来了难度。这当中2 mm的长度必须由操作者切除。一般有两种方法可选择:用端面循环语句编程操作和手工操作机床切削。在两种方法试用下来后我们选择用手工切削,它具备易掌握、加工快的优点。但在加工中也要注意两点:
①由于毛坯是钢,每次的切削量小于0.5 mm,在切削中必须开冷却液。
②最后长度上要为对刀留有0.5 mm左右的余量。
2、零件精度的控制
考工中对零件的精度要求是很高的,每一个尺寸都有一定的分数,总体来讲是轮廓精度和螺纹精度。在考工中我们可以通过以下的方法控制这两种精度。
2.1轮廓精度
对于一个数控车床考工件来讲其为双头件,一般来讲,其轮廓形状一侧简单,一侧复杂,我们拿到毛坯零件后:
① 应先加工简单一端或无螺纹一端。
② 在加工前,应先在摩耗补偿内x方向加上放大余量（其值由具体情况决定）,当粗加工结束后先用千分尺测量,如果测量直径比图纸尺寸大则可继续加工,待精加工结束之后修改摩耗内x数值,修改原则为逐步减少,一般要多次修改,每次修改完摩耗之后执行一次精加工,直至加工尺寸和图纸尺寸符合。
2.2 螺纹精度
螺纹精度在数控考工中要求不是最高,在检测时,只要能用对应的螺母旋进去即可。因此在加工螺纹时可用如下方法:
①在加工待加螺纹的外径时,此外径应比图纸尺寸小15丝,如:螺纹外径M30,在加工轮廓时可加工到29.85mm,在此基础上再加工螺纹。
②螺纹的加工次数和每次进刀深度可如下安排:
例题三:M30×1.5是外径30螺距为1.5的单头普通螺纹在车削外径时应先加工到29.85mm,然后再用G92。其分刀如下表:
③ 加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施,当螺纹牙顶未尖时,增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大,增大量视材料塑性而定,当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小,根据这一特点要正确对待螺纹的切入量,防止报废。
3、数控车床刀具和零件装夹时注意事项
3.1刀具的装夹
车刀安装得过高或过低过高,则吃刀到一定深度时,车刀的后刀面顶住工件,增大摩擦力,甚至把工件顶弯,造成啃刀现象;过低,则切屑不易排出,车刀径向力的方向是工件中心,加上横进丝杠与螺母间隙过大,致使吃刀深度不断自动趋向加深,从而把工件抬起,出现啃刀。此时,应及时调整车刀高度,使其刀尖与工件的轴线等高（可利用尾座顶尖对刀）。在粗车和半精车时,刀尖位置比工件的出中心高1％D左右（D表示被加工工件直径）。
值得注意的是:有些机床为排刀式,它在装螺纹刀时,与外圆车刀方向为两侧对立的。因而遇到这些车床时,螺纹的编辑程序必须更改,即:X轴方向。
3.2零件的装夹
经过改革后的数控车床中级考试难度提高,其主要表现为零件的装夹,当零件一端加工好后要在已加工好的一侧装夹以便进行另一侧的加工,因此在装夹时必须注意以下几点:
①已加工好的一侧必须用铜片保护好后再装夹。
②在已加工好的零件上装夹时要尽量选择图纸尺寸中无公差的一段。
③注意调节三爪卡盘的尺寸。
④在装夹好后要试开机,使零件旋转观测零件的装夹是否在同一轴心上。
四、结束语
以上是笔者在教学过程中的一些经验之谈,当然还存在着许多不足之处,在今后的数控考工的培训中要将理论与实际结合得紧密,突出技能培养,提高教学效果,以争取更高的合格率。
参考文献:
[1]成琼.数控机床精度检测实习教学初探[D].金工第八届学术年会论文集
[2]朱建军.五轴加工中心在工程训练中的应用[J].金工研究,2008（2）
Abstract:In this paper,CNC lathe from the mid-level programming and machine operator of the two candidates in terms of training and examinations should be noted that some of the problems,solutions and long-term training of authors in some of the Lessons Learned。
Key words:Intermediate CNC Lathe;CNC Programming for Turning;CNC lathe operator
关键词:数控车床中级 数控车削的编程 数控车床操作
中图分类号:TG659 文献标识码:A文章编号:1673-1875(2009)11-121-02
一、前言
从20世纪中叶数控技术出现以来,数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工柔性好、精度高、生产率高、减轻操作者劳动强度、改善劳动条件、有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高的特点使得数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要装备。如何利用机床高效、合理、按质按量完成工件的加工,这就对机床操作者提出了更高的要求。社会急需培养一大批既有现代科学技术,又具有生产能力的中等人才,经过职业技能训练,能够在工厂第一线或技术部门从事数控机床编程与操作、使用与维护的应用型的技术人才,由此数控等级工考试应运而生。本文是作者根据长期的培训经验及考试中所遇到的问题对数控中级考试中数控车床的编程和操作进行了探讨。
二、数控车削的编程
理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件,同时应能使机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。这就要求操作者必须在编程之前对工件进行工艺分析,根据具体条件,选择经济、合理的工艺方案。数控加工工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本的重要因素。
1、数控加工工序的划分
在数控机床上加工零件,工序比较集中,一次装夹应尽可能完成全部工序,常用的工序划分原则有两种:
①保证精度原则;
②提高生产效率的原则。
由于是考试,所以在编程中采用“保证精度原则”即在数控加工中使粗、精加工在一次装夹中完成,以保证零件的加工精度,当热变形和切削力变形对零件的加工精度影响较大时,应将粗、精加工分开进行。
2、车刀刀位点的选择
数控加工中,数控程序应描述出刀具相对于工件的运动轨迹,刀具的刀位点即为在程序编制时,刀具上所选择的代表刀具所在位置的点,程序所描述的加工轨迹即为该点的运动轨迹。 从理论上讲可选择刀具上任意一点作为刀位点,但为了方便编程和保证加工精度,刀位点的选择有一定的要求和技巧。在数控车削中,刀位点的选择一般遵循以下规则:车刀应是假想刀尖或刀尖圆弧中心,刀具刀位点在选择时应注意:
① 选择刀具上能够直接测量的点,刀位点与刀具长度预调时的测定点应尽量一致。
② 在可能的情况下,刀位点应直接与精度要求较高的尺寸或难于测量的尺寸发生联系。
③ 所选择的刀位点能使刀具极限位置直接体现于程序的运动指令中。
④ 编程人员应有习惯性的刀位点选择方法,不宜多变。
⑤ 所选定的刀位点,在刀具调整图中应以图形标示。
3、数控机床加工路线的设计
数控机床加工工序设计的主要任务:确定工序的具体加工内容、切削用量、工艺装备、定位安装方式及刀具运动轨迹,为编制程序作好准备。其中加工路线的设定是很重要的环节,加工路线是刀具在切削加工过程中刀位点相对于工件的运动轨迹,它不仅包括加工工序的内容 ,也反映加工顺序的安排,因而加工路线是编写加工程序的重要依据。其原则为:
①加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。
②设计加工路线要减少空行程时间,提高加工效率。
③简化数值计算和减少程序段,降低编程工作量。
④据工件的形状、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况,确定循环加工次数。
⑤合理设计刀具的切入与切出的方向。采用单向趋近定位方法,避免传动系统反向间隙而产生的定位误差。
例题一:
这是一道数控中级工的考题,当我们看到图之后应先确定加工工序,如图车削外圆的加工路线应有两条:A-B-C-D-E-F-G和J-I-H-G。
从装夹角度来看我们应先加工A-B-C-D-E-F-G,再加工J-I-H-G,最后加工I-H之间的螺纹。
4、程序的编辑
4.1轮廓编程:在轮廓编程中,一般采用两种 ①粗车循环G71和精加工G70
②封闭切削循环G73和精加工G70
这两种编程方式选哪种要看所编图纸中外圆轮廓是否是从小到大的变化的,G71只适用于车削从小到大的轮廓,而轮廓有大小间隔变化的就得用G73了。如右图
例题二:
在此图中轮廓A-B-C-D-E就可用G71进行粗加工即粗车循环G71和精加工G70,而轮廓L-K-J-I-H-G-F-E-D则必须用封闭切削循环G73和精加工G70。
当然,我们在编程过程中还应注意该程序段落中是否有圆弧,如果有应在形状补偿中加入刀补,即T3,R0.4（一般刀尖圆弧半径为0.8）
4.2螺纹编程:无论车削哪一种螺纹,车床主轴与刀具之间必须保持严格的运动关系:即主轴每转一转（即工件转一转）,刀具应均匀地移动一个（工件的）导程的距离。在中级工考试中就有对螺纹的要求,操作者必须通过以下方法掌握普通螺纹的计算及编程:
① 螺纹加工前工件直径
考虑螺纹加工牙型的膨胀量,螺纹加工前工件直径D/d－0.1P,即螺纹大径减0.1螺距,一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小0.1到0.5。
②螺纹加工进刀量
螺纹加进刀量可以参考螺纹底径,即螺纹刀最终进刀位置。
螺纹小径为:大径－２倍牙高;牙高=0.54P（P为螺距）
螺纹加工的进刀量应不断减少,具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。
③ 普通螺纹的编程加工
在目前的数控车床中,螺纹切削一般有三种加工方法:G32直进式切削方法、G92直进式切削方法和G76斜进式切削方法,由于切削方法的不同,编程方法不同,造成加工误差也不同。我们在使用上要仔细分析,争取加工出精度高的零件。
考工零件多使用G92。
三、数控车床操作
程序的编辑只是数控考试的一部分,关键还在于机床的操作和对加工零件尺寸的控制。对于参加数控中级考试的操作者,数控车床的操作可以简单概括为以下几步:
1、考工零件长度的车削
经过考试测评中心的改革后,数控车床操作者拿到的考试零件（毛坯）都在100mm左右,而考试零件（加工后）为98mm,并且每个零件都为双头件,这就给操作者带来了难度。这当中2 mm的长度必须由操作者切除。一般有两种方法可选择:用端面循环语句编程操作和手工操作机床切削。在两种方法试用下来后我们选择用手工切削,它具备易掌握、加工快的优点。但在加工中也要注意两点:
①由于毛坯是钢,每次的切削量小于0.5 mm,在切削中必须开冷却液。
②最后长度上要为对刀留有0.5 mm左右的余量。
2、零件精度的控制
考工中对零件的精度要求是很高的,每一个尺寸都有一定的分数,总体来讲是轮廓精度和螺纹精度。在考工中我们可以通过以下的方法控制这两种精度。
2.1轮廓精度
对于一个数控车床考工件来讲其为双头件,一般来讲,其轮廓形状一侧简单,一侧复杂,我们拿到毛坯零件后:
① 应先加工简单一端或无螺纹一端。
② 在加工前,应先在摩耗补偿内x方向加上放大余量（其值由具体情况决定）,当粗加工结束后先用千分尺测量,如果测量直径比图纸尺寸大则可继续加工,待精加工结束之后修改摩耗内x数值,修改原则为逐步减少,一般要多次修改,每次修改完摩耗之后执行一次精加工,直至加工尺寸和图纸尺寸符合。
2.2 螺纹精度
螺纹精度在数控考工中要求不是最高,在检测时,只要能用对应的螺母旋进去即可。因此在加工螺纹时可用如下方法:
①在加工待加螺纹的外径时,此外径应比图纸尺寸小15丝,如:螺纹外径M30,在加工轮廓时可加工到29.85mm,在此基础上再加工螺纹。
②螺纹的加工次数和每次进刀深度可如下安排:
例题三:M30×1.5是外径30螺距为1.5的单头普通螺纹在车削外径时应先加工到29.85mm,然后再用G92。其分刀如下表:
③ 加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施,当螺纹牙顶未尖时,增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大,增大量视材料塑性而定,当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小,根据这一特点要正确对待螺纹的切入量,防止报废。
3、数控车床刀具和零件装夹时注意事项
3.1刀具的装夹
车刀安装得过高或过低过高,则吃刀到一定深度时,车刀的后刀面顶住工件,增大摩擦力,甚至把工件顶弯,造成啃刀现象;过低,则切屑不易排出,车刀径向力的方向是工件中心,加上横进丝杠与螺母间隙过大,致使吃刀深度不断自动趋向加深,从而把工件抬起,出现啃刀。此时,应及时调整车刀高度,使其刀尖与工件的轴线等高（可利用尾座顶尖对刀）。在粗车和半精车时,刀尖位置比工件的出中心高1％D左右（D表示被加工工件直径）。
值得注意的是:有些机床为排刀式,它在装螺纹刀时,与外圆车刀方向为两侧对立的。因而遇到这些车床时,螺纹的编辑程序必须更改,即:X轴方向。
3.2零件的装夹
经过改革后的数控车床中级考试难度提高,其主要表现为零件的装夹,当零件一端加工好后要在已加工好的一侧装夹以便进行另一侧的加工,因此在装夹时必须注意以下几点:
①已加工好的一侧必须用铜片保护好后再装夹。
②在已加工好的零件上装夹时要尽量选择图纸尺寸中无公差的一段。
③注意调节三爪卡盘的尺寸。
④在装夹好后要试开机,使零件旋转观测零件的装夹是否在同一轴心上。
四、结束语
以上是笔者在教学过程中的一些经验之谈,当然还存在着许多不足之处,在今后的数控考工的培训中要将理论与实际结合得紧密,突出技能培养,提高教学效果,以争取更高的合格率。
参考文献:
[1]成琼.数控机床精度检测实习教学初探[D].金工第八届学术年会论文集
[2]朱建军.五轴加工中心在工程训练中的应用[J].金工研究,2008（2）
Abstract:In this paper,CNC lathe from the mid-level programming and machine operator of the two candidates in terms of training and examinations should be noted that some of the problems,solutions and long-term training of authors in some of the Lessons Learned。
Key words:Intermediate CNC Lathe;CNC Programming for Turning;CNC lathe operator