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【摘 要】 近年來，数控车削加工已经是数控切削加工方法之一。数控车削加工工艺处理是加工过程中较为复杂又非常重要的环节，同时一个工艺员除了应对数控车床主机和数控系统的性能、特点和应用、以及数控加工工艺方案制定工作等各个方面，都有比较全面的了解，在编制加工工艺时考虑不周，常常会造成数控加工失误或加工零件产生报废。因此，数控车床加工工艺编制，是零件加工前的重要环节。本文主要阐述了轴类零件的数控车削加工工艺分析及编程。
【关键词】 数控机床；数控车削；加工工艺；编程
一、引言
数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；数控技术的应用是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段；数控机床是国防工业现代化的重要战略装备，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要标志。专家们预言：二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。加入世贸组织后，中国正在逐步变成“世界制造中心”。
为了增强竞争能力，中国制造业开始广泛使用先进的数控技术。数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用。数控车床切削加工是在普通车床切削加工基础上，增加了数字控制功能，故能自动完成切削刀具与工件间准确的相对运动。它具有如下特点：能适应不同零件的自动加工生产效率和加工精度高、加工质量稳定、能高效优质完成复杂型面、零件的加工、工序集中，一机多用、数控车床是一种高技术的设备[1]。
二、轴类零件的相关概述
2.1轴类零件的类型
轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。
2.2轴类零件的材料
（1）轴类零件材料
常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。
（2）轴类毛坯
常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度[3]。
2.3轴类零件的热处理
锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。
调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理[4]。
三、数控车削加工工艺分析
3.1数控车床简介
典型的数控系统有FANUC（日本）、SIEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）、MIT-SUBISHI（日本）等，我国数控产品有以中华、天大数控、航天数控为代表[5]。
数控车床即装备了数控系统的车床。它主要用来加工轴类或盘类的回转零件，能车削内外圆柱面、圆锥面、圆弧面和各种成形回转表面、车削螺纹以及盘类零件的钻、扩、铰和镗孔等加工。数控车床具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。
数控车床按车削中心是在普通数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床。除具有一般二轴联动数控车床的各种车削功能外，车削中心的转塔刀架上有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续（不等速回转）运动和进行连续精确分度的C轴功能，并能与X轴或Z轴联动，控制轴除X、Z、C轴之外，还可具有Y轴。可进行端面和圆周上任意部位的钻削、铣削和攻螺纹等加工，在具有插补功能的条件下，还可以实现各种曲面铣削加工。数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体数控装置、伺服系统组成。数控车床与普通车床的不同点：
●加工精度高，具有稳定的加工质量；
●可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；
●加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；
●机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3～5倍）；
●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。
3.2数控加工的概念
数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停、冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程[6]。数控加工一般包括以下几个内容：
（1）对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分；
（2）利用图形软件（如CAXA制造工程师）对需要数控加工的部分造型；
（3）根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）；
（4）轨迹的仿真检验；
（5）生成G代码；
（6）传给机床加工。
3.3零件图的工艺性分析：
分析零件的几何要素：
首先从零件图的分析中，了解工件的外形、结构，工件上须加工的部位，及其形状、尺寸精度、和表面粗糙度；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件材料及其它技术要求。从中找出工件经加工后，必须达到的主要加工尺寸和重要位置尺寸精度。 分析了解工件的工艺基准：
包括其外形尺寸、在工件上的位置、结构及其他部位的相对关系等。对于复杂工件或较难辨工艺基准的零件图，尚需详细分析有关装配图，了解该零件的装配使用要求，找准工件的工艺基准。
3.4数控车床加工工艺中零件工序划分与安排
工序划分方法较多，一般可以按零件的装夹与定位方式来划分。这是由于每个零件形状不同，各表面的技术要求也不一样，因而在加工时其定位方式也不同。
加工工序的安排，在数控车床上加工零件，加工顺序对零件加工精度和效率有很大影响，一般要考虑两方面的因素：第一，粗加工工作全部完成之后再进行精加工；第二，尽量减少换刀次数，尽可能用同一把刀具加工可能加工的所有部位，然后再换刀加工其他部位，利用缩短加工辅助时间来提高生产效率。
3.5确定走刀路线
在数控加工中，工艺加工路线是指数控加工过程中刀位点相对与被加工零件的运动轨迹。编程时，确定加工路线的原则如下：
（1）保证零件的加工精度和表面粗糙度。
（2）方便数值计算，家少变成工作量。
（3）缩短加工运算路线，减少空运行行程。
在确定工艺加工路线时，还要考虑零件的加工余量和机床、刀具的刚度、需要确定是一次走刀，还是多次走刀来完成切削加工。
数控车床上确定走刀路线，主要是确定粗加工及空行程的走刀路线，而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加工的。加工路线的合理选择是非常重要的。因为它与零件的加工精度和表面粗糙度是密切相关。走刀路线不但包括了工步的内容，也反映出各工步顺序，走刀路线是编写程序的依据之一。因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去（包括进、退刀），这样可为编程带来不少方便。
3.6零件的安装与夹具选择原则：
3.6.1定位安装的基本原则
在数控车床上加工零件时，安装定位的基本原则与普通机床相同，也要合理选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控机床的效率，在确定定位基准与夹紧方案时应该注意以下几点：
A.力求设计基准、工艺基准和编程计算基本统一。
B.尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。
C.避免采用占机人工调整加工方案，以便充分发挥数控机床的功能。
3.6.2选择夹具的基本原则
数控加工的特点对夹具提出了两点要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定不变；二是要协调零件与机床坐标系的尺寸关系。除此之外还要考虑：
A.当零件加工批量不大时，应该才用组合夹具、可调式夹具或其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。
B.在成批生产时才考虑使用专用夹具。
C.零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短数控机床的停顿时间。
D.夹具上各零部件应该不妨碍机床对零件各表面的加工。夹具要敞开，其定位加紧机构的元件不能影响加工中的走刀运行。
在数控车床上用于装夹工件的装置称为车床夹具。车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两类。常用通用夹具有三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘，另外还有多种相应的夹具如用于轴类工件的夹具和用于盘类工件的夹具。在选择时应根据零件的形状和加工精度合理选择夹具。
工件在数控车床上的装夹：三爪自定心卡盤装夹；两顶尖之间装夹；卡盘和顶尖装夹；双三爪定心卡盘装夹。
四、编写程序
确定O点为工件坐标系原点，将换刀点作为编程起点。绝对值坐标指令用X和Z，增量值坐标指令用U和W。编程时，一个程序段内可用绝对坐标指令，也可以用增量坐标指令，还可以两者混用。坐标值可用小数点表示。X、U以直径值编程，I按半径值编程。进给速度F，单位是mm/min，主轴转速功能S后跟3位数字。T后面跟4位数字，第1，2位数字表示刀具编号，后2位表示刀具补偿组号。螺纹切削采用子程序调用循环指令，G92为螺纹切削循环指令。G33为切削圆柱螺纹的固定循环指令。
计算数值：
（1）利用计算机绘图，用查询功能确定各计算点的坐标值。
（2）对螺纹进行编程时，计算初始时对x方向进刀点的数值=公称直径-2×0.6495×Ph
五、总结
本文从数控车床的简介、数控编程的方法、工艺性分析、数控编程的步骤及数控编程加工实例等几方面，比较详细的说明了数控车削零件加工的方法与步骤。
数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。
作为跨世纪的新一代，我们手挽手，朝前迈。我们有理由相信，我国机械制造业会更加辉煌，祖国的明天也会更加美好。
参考文献：
1.李京主编.数控加工编程及操作，高等教育出版社，2003
2.刘雄伟等编著.数控加工理论与编程技术，北京：机械工业出版社，2003.
3.倪森寿，机械制造基础，高等教育出版社，2005，1
4.陈立德，机械设计基础，高等华教育出版社，2004，7
5.李一民，数控机床，东南大学出版社，2005，7
6.隋秀凛，现代制造技术，高等教育出版社，2002，11
【关键词】 数控机床；数控车削；加工工艺；编程
一、引言
数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；数控技术的应用是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段；数控机床是国防工业现代化的重要战略装备，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要标志。专家们预言：二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。加入世贸组织后，中国正在逐步变成“世界制造中心”。
为了增强竞争能力，中国制造业开始广泛使用先进的数控技术。数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用。数控车床切削加工是在普通车床切削加工基础上，增加了数字控制功能，故能自动完成切削刀具与工件间准确的相对运动。它具有如下特点：能适应不同零件的自动加工生产效率和加工精度高、加工质量稳定、能高效优质完成复杂型面、零件的加工、工序集中，一机多用、数控车床是一种高技术的设备[1]。
二、轴类零件的相关概述
2.1轴类零件的类型
轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。
2.2轴类零件的材料
（1）轴类零件材料
常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。
（2）轴类毛坯
常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度[3]。
2.3轴类零件的热处理
锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。
调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理[4]。
三、数控车削加工工艺分析
3.1数控车床简介
典型的数控系统有FANUC（日本）、SIEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）、MIT-SUBISHI（日本）等，我国数控产品有以中华、天大数控、航天数控为代表[5]。
数控车床即装备了数控系统的车床。它主要用来加工轴类或盘类的回转零件，能车削内外圆柱面、圆锥面、圆弧面和各种成形回转表面、车削螺纹以及盘类零件的钻、扩、铰和镗孔等加工。数控车床具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。
数控车床按车削中心是在普通数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床。除具有一般二轴联动数控车床的各种车削功能外，车削中心的转塔刀架上有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续（不等速回转）运动和进行连续精确分度的C轴功能，并能与X轴或Z轴联动，控制轴除X、Z、C轴之外，还可具有Y轴。可进行端面和圆周上任意部位的钻削、铣削和攻螺纹等加工，在具有插补功能的条件下，还可以实现各种曲面铣削加工。数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体数控装置、伺服系统组成。数控车床与普通车床的不同点：
●加工精度高，具有稳定的加工质量；
●可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；
●加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；
●机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3～5倍）；
●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。
3.2数控加工的概念
数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停、冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程[6]。数控加工一般包括以下几个内容：
（1）对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分；
（2）利用图形软件（如CAXA制造工程师）对需要数控加工的部分造型；
（3）根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）；
（4）轨迹的仿真检验；
（5）生成G代码；
（6）传给机床加工。
3.3零件图的工艺性分析：
分析零件的几何要素：
首先从零件图的分析中，了解工件的外形、结构，工件上须加工的部位，及其形状、尺寸精度、和表面粗糙度；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件材料及其它技术要求。从中找出工件经加工后，必须达到的主要加工尺寸和重要位置尺寸精度。 分析了解工件的工艺基准：
包括其外形尺寸、在工件上的位置、结构及其他部位的相对关系等。对于复杂工件或较难辨工艺基准的零件图，尚需详细分析有关装配图，了解该零件的装配使用要求，找准工件的工艺基准。
3.4数控车床加工工艺中零件工序划分与安排
工序划分方法较多，一般可以按零件的装夹与定位方式来划分。这是由于每个零件形状不同，各表面的技术要求也不一样，因而在加工时其定位方式也不同。
加工工序的安排，在数控车床上加工零件，加工顺序对零件加工精度和效率有很大影响，一般要考虑两方面的因素：第一，粗加工工作全部完成之后再进行精加工；第二，尽量减少换刀次数，尽可能用同一把刀具加工可能加工的所有部位，然后再换刀加工其他部位，利用缩短加工辅助时间来提高生产效率。
3.5确定走刀路线
在数控加工中，工艺加工路线是指数控加工过程中刀位点相对与被加工零件的运动轨迹。编程时，确定加工路线的原则如下：
（1）保证零件的加工精度和表面粗糙度。
（2）方便数值计算，家少变成工作量。
（3）缩短加工运算路线，减少空运行行程。
在确定工艺加工路线时，还要考虑零件的加工余量和机床、刀具的刚度、需要确定是一次走刀，还是多次走刀来完成切削加工。
数控车床上确定走刀路线，主要是确定粗加工及空行程的走刀路线，而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加工的。加工路线的合理选择是非常重要的。因为它与零件的加工精度和表面粗糙度是密切相关。走刀路线不但包括了工步的内容，也反映出各工步顺序，走刀路线是编写程序的依据之一。因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去（包括进、退刀），这样可为编程带来不少方便。
3.6零件的安装与夹具选择原则：
3.6.1定位安装的基本原则
在数控车床上加工零件时，安装定位的基本原则与普通机床相同，也要合理选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控机床的效率，在确定定位基准与夹紧方案时应该注意以下几点：
A.力求设计基准、工艺基准和编程计算基本统一。
B.尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。
C.避免采用占机人工调整加工方案，以便充分发挥数控机床的功能。
3.6.2选择夹具的基本原则
数控加工的特点对夹具提出了两点要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定不变；二是要协调零件与机床坐标系的尺寸关系。除此之外还要考虑：
A.当零件加工批量不大时，应该才用组合夹具、可调式夹具或其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。
B.在成批生产时才考虑使用专用夹具。
C.零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短数控机床的停顿时间。
D.夹具上各零部件应该不妨碍机床对零件各表面的加工。夹具要敞开，其定位加紧机构的元件不能影响加工中的走刀运行。
在数控车床上用于装夹工件的装置称为车床夹具。车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两类。常用通用夹具有三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘，另外还有多种相应的夹具如用于轴类工件的夹具和用于盘类工件的夹具。在选择时应根据零件的形状和加工精度合理选择夹具。
工件在数控车床上的装夹：三爪自定心卡盤装夹；两顶尖之间装夹；卡盘和顶尖装夹；双三爪定心卡盘装夹。
四、编写程序
确定O点为工件坐标系原点，将换刀点作为编程起点。绝对值坐标指令用X和Z，增量值坐标指令用U和W。编程时，一个程序段内可用绝对坐标指令，也可以用增量坐标指令，还可以两者混用。坐标值可用小数点表示。X、U以直径值编程，I按半径值编程。进给速度F，单位是mm/min，主轴转速功能S后跟3位数字。T后面跟4位数字，第1，2位数字表示刀具编号，后2位表示刀具补偿组号。螺纹切削采用子程序调用循环指令，G92为螺纹切削循环指令。G33为切削圆柱螺纹的固定循环指令。
计算数值：
（1）利用计算机绘图，用查询功能确定各计算点的坐标值。
（2）对螺纹进行编程时，计算初始时对x方向进刀点的数值=公称直径-2×0.6495×Ph
五、总结
本文从数控车床的简介、数控编程的方法、工艺性分析、数控编程的步骤及数控编程加工实例等几方面，比较详细的说明了数控车削零件加工的方法与步骤。
数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。
作为跨世纪的新一代，我们手挽手，朝前迈。我们有理由相信，我国机械制造业会更加辉煌，祖国的明天也会更加美好。
参考文献：
1.李京主编.数控加工编程及操作，高等教育出版社，2003
2.刘雄伟等编著.数控加工理论与编程技术，北京：机械工业出版社，2003.
3.倪森寿，机械制造基础，高等教育出版社，2005，1
4.陈立德，机械设计基础，高等华教育出版社，2004，7
5.李一民，数控机床，东南大学出版社，2005，7
6.隋秀凛，现代制造技术，高等教育出版社，2002，11