数控车床编程和改造技巧数控车床编程和改造技巧摘 要：随着科学技术的发展，普通机床越来越不能满足市场的需求，其劳动强度大，危险性高，且不能满足现代科学的批量生产需要，越来越多的企业将普通机床逐渐转向数控化，因为数控机床可弥补普通机床的许多缺点，可实现加工精度高，多工序的集中化，自动报警，自动补偿及自动监控的功能。ABSTRACTABSTRACT: with the development of science and technology, general tools cannot meet the demand of the market, the labor intensity, the risk is high, and can notmeet the need of modern science for mass production, more and more enterprises willbe ordinary, nc machine tools to compensate for nc machine tool can be the commonfaults, and can achieve high precision machining processes, the centralization,automatic alarm, automatic compensation and automatic control function.关键词：改造；数控车床；质量控制随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高，单件与中小批量产品的比重越来越大。传统的通用、专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求。而数控机床作为电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物， 集现代精密机械、 电脑、通信、液压气动、光电等多学科技术为一体，有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求， 适应各种机械产品迅速更新换代的需要，代表着当今机械加工技术的趋势与潮流。数控机床以其优异的性能和精度、 灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。 数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或电脑，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1. 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2. 加工精度高；3. 生产效率高；4. 减轻劳动强度，改善劳动条件；5. 良好的经济效益；6. 有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步， 特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造， 顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC 技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984 年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。其中数控车床由于具有高效率、 高精度和高柔性的特点，在机械制造业中得到日益广泛的应用，成为目前应用最广泛的数控机床之一。但是，要充分发挥数控车床的作用，关键是编程，即根据不同的零件的特点和精度要求，编制合理、高效的加工程序。常用的数控编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要由 工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。对于几何形状复杂的零件， 以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。下面笔者以FANUC0-TD系统为例，就数控车床零件加工中的手工编程技巧问题进行一些探讨。一、正确选择程序原点在数控车削编程时， 首先要选择工件上的一点作为数控程序原点，并以此为原点建立一个工件坐标系。工件坐标系的合理确定，对数控编程及加工时的工件找正都很重要。程序原点的选择要尽量满足程序编制简单，尺寸换算少，引起的加工误差小等条件。为了提高零件加工精度，方便计算和编程，我们通常将程序原点设定在工件轴线与工件前端面、后端面、卡爪前端面的交点上，尽量使编程基准与设计、装配基准重合。二、合理选择进给路线进给路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹， 即刀具从对刀点开始进给运动起， 直到结束加工程序后退刀返回该点及所经过的路径，是编写程序的重要依据之一。合理地选择进给路线对于数控加工是很重要的。应考虑以下几个方面：1.尽量缩短进给路线，减少空走刀行程，提高生产效率。(1)巧用起刀点。如在循环加工中，根据工件的实际加工情况，将起刀点与对刀点别离， 在确保安全和满足换刀需要的前提条件下， 使起刀点尽量靠近工件，减少空走刀行程，缩短进给路线，节省在加工过程中的执行时间。(2)在编制复杂轮廓的加工程序时，通过合理安排“回零”路线，使前一刀的终点与后一刀的起点间的距离尽量短，或者为零，以缩短进给路线，提高生产效率。(3)粗加工或半精加工时，毛坯余量较大，应采用合适的循环加工方式，在兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求下，采取最短的切削进给路线，减少空行程时间，提高生产效率，降低刀具磨损。2.保证加工零件的精度和外表粗糙度的要求。(1)合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。为保证工件轮廓外表加工后的粗糙度要求，精加工时，最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。 认真考虑刀具的切入和切出路线， 尽量减少在轮廓处停刀，以防止切削力突然变化造成弹性变形而留下刀痕。 一般应沿着零件外表的切向切入和切出，尽量防止沿工件轮廓垂直方向进、退刀而划伤工件。(2)选择工件在加工后变形较小的路线。对细 零件或薄板零件，应采用分几次走刀加工到最后尺寸，或采取对称去余量法安排进给路线。在确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。(3)对特殊零件采用“先精后粗”的加工工序。在某些特殊情况下，加工工序不按“先近后远” 、 “先粗后精”原则考虑，而作“先精后粗”的特殊处理，反而能更好地保证工件的尺寸公差要求。要防止刀具与非加工面的干预， 并防止刀具与工件相撞。如工件中遇槽需要加工，在编程时要注意进退刀点应与槽方向垂直，进刀速度不能用“G0”速度。“G0”指令在退刀时尽量防止“X、Z”同时移动使用。4.有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量在实际的生产操作中， 经常会碰到某一固定的加工操作重复出现， 可以把 部分操作编写成子程序，事先存入到存储器中，根据需要随时调用，使程序编写变得简单、快捷。对那些图形一样、尺寸不同或工艺路径一样、只是位置数据不同的系列零件的编程，可以采用宏指令编程， 减少乃至免除编程时进行烦琐的数值计算，精简程序量。三、 准确掌握各种循环切削指令的加工特点及其对工件加工精度所产生的影响，并进行合理选用。在 FANUC0-TD数控系统中，数控车床有十多种切削循环加工指令，每一种指令都有各自的加工特点，工件加工后的加工精度也有所不同，各自的编程方法也不同，我们在选择的时候要仔细分析，合理选用，争取加工出精度高的零件。如螺纹切削循环加工就有两种加工指令：G92 直进式切削和 G76 斜进式切削。由于切削刀具进刀方式的不同，使这两种加工方法有所区别，各自的编程方法也不同，造成加工误差也不同,工件加工后螺纹段的加工精度也有所不同。G92 螺纹切削循环采用直进式进刀方式进行螺纹切削。螺纹中径误差较大。但牙形精度较高，一般多用于小螺距高精度螺纹的加工。加工程序较长，在加工中要经常测量；G76 螺纹切削循环采用斜进式进刀方式进行螺纹切削。牙形精度较差。 但工艺性比较合理， 编程效率较高。 此加工方法一般适用于大螺距低精度螺纹的加工。在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为简捷方便。所以，我们要掌握各自的加工特点及适用范围， 并根据工件的加工特点与工件要求的精度正确灵活地选用这些切削循环指令。比方需加工高精度、大螺距的螺纹，则可采用G92、G76 混用的方法，即先用 G76 进行螺纹粗加工，再用 G92 进行精加工。需要注意的是粗精加工时的起刀点要相同，以防止螺纹乱扣的产生。四、灵活使用特殊 G 代码，保证零件的加工质量和精度1.返回 考点 G28、G29 指令参考点是机床上的一个固定点， 通过参考点返回功能刀具可以容易地移动到该位置。参考点主要用作自动换刀或设定坐标系，刀具能否准确地返回参考点，是衡量其重复定位精度的重要指标，也是数控加工保证其尺寸一致性的前提条件。 实际加工中，巧妙利用返回参考点指令，可以提高产品的精度。对于重复定位精度很高的机床，为了保证主要尺寸的加工精度，在加工主要尺寸之前，刀具可先返回参考点再重新运行到加工位置。 如此做法的目的实际上是重新校核一下基准，以确定加工的尺寸精度。延时 G04 指令，其作用是人为地暂时限制运行的加工程序，除了常见的一般使用情况外，在实际数控加工中，延时 G04 指令还可以作一些特殊使用：(1)大批量单件加工时间较短的零件加工中，启动按钮频繁使用，为减轻操作者由于疲劳或频繁按钮带来的误动作，用 G04 指令代替首件后零件的启动。延时时间按完成 1 件零件的装卸时间设定， 在操作人员熟练地掌握数控加工程序后，延时的指令时间可以逐渐缩短，但需保证其一定的安全时间。零件加工程序设计成循环子程序，G04 指令就设计在调用该循环子程序的主程序中，必要时设计选择计划停止 M01 指令作为程序的结束或检查。(2)用丝锥攻中心螺纹时，需用弹性筒夹头攻牙，以保证丝锥攻至螺纹底部时不会崩断，并在螺纹底部设置 G04 延时指令，使丝锥作非进给切削加工，延时的时间需确保主轴完全停止，主轴完全停止后按原正转速度反转，丝锥按原导程后退。(3)在主轴转速有较大的变化时，可设置 G04 指令。目的是使主轴转速稳定后，再进行零件的切削加工，以提高零件的外表质量。相对编程是以刀尖所在位置为坐标原点， 刀尖以相对于坐标原点进行位移来编程。就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，运行是以现刀尖点为基准控制位移，那么连续位移时，必然产生累积误差。绝对编程在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，所以其累积误差较相对编程小。数控车削加工时，工件径向尺寸的精度比轴向尺寸高，所以在编制程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工时的方便，轴向尺寸采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸， 也可以采用绝对编程。 另外， 为保证零件的某些相对位置， 按照工艺的要求，进行相对编程和绝对编程的灵活使用。普通车床数控改造分为新机改造和旧机改造， 新机改造是用户购买普通车床或普通光机指仅带床头箱和纵、横向导轨的车床 ，改造厂家根据其要求进行数控化改造。 旧机改造是指用户将已经使用过的普通车床或数控车床进行翻新并进行数控化改造。其中旧机改造包括大修车床改造和用户旧机部件改造。在此浅谈改造数控车床在机械方面的质量控制方法、着重控制点和检验过程。1.新机改造和旧机大修车床改造都必须经过如下相同改造(1)更换 X 轴、Z 轴丝杆、轴承、电机。(2)增加电动刀架和主轴编码器。(3)增加轴向电机的驱动装置，限制运行超程的行程开关，加装变频器客户需要以及为了加工和安全所需的电气部分。(4)X 轴、Z 轴的丝杆两端支承面的配刮、滚珠丝杆副托架与床鞍的配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮。(5) 据需要增加防护设施，如各向丝杆的防护罩，安全防护门，行程开关的防护装置。2.新机改造和旧机大修车床改造的不同点(1)新机改造的主轴和尾座部分未进行改动，主轴部分和尾座部分无须进行再改造。(2)旧机大修车床由于经过长时间使用，导轨已磨损，为了保证大修后，能继续长时间使用而不变形，必须经过淬火工序，然后磨导轨，且磨导轨后必须保证导轨硬度HRC47。(3)旧机大修车床应根据客户需要对主轴部分和尾座部分进行改造和调整。3.新机改造和大修机床改造的精度检验是检验的重要项目精度检验执行 JB/T8324.1-1996简式数控卧式车床 精度 。4.新车床改造的精度质量控制如下(1)铲刮检验。新车床改造经过对X 轴、Z 轴的丝杆两端支承面的进行配刮、对滚珠丝杆副托架与床鞍进行配刮、 床身与床鞍导轨副进行配刮等。 车床的主轴、尾座部分未拆动。检验方法如下：用配合面进行涂色，相互配合面进行结合，并相对摩擦， 然后对铲刮面进行铲刮点数检验，并对结合处用塞尺进行结合程度检验，其中刮研点不得低于 6 点/25*25mm，0.03mm 的塞尺塞结合处，不入。(2)丝杆与导轨平行度检验：装配丝杆时，丝杆与导轨的平行度必须0.02mm。(3)精度检验的 G1 项中导轨在垂直平面内的直线度(只许凸)应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。(4)精度检验中的主轴部分精度 G4、G5、G6 项也应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。(5)G11 项床头、 尾座两顶尖的等高度由普通车床厂家进行保证， 不作为改造厂家质量控制的重点项目。5.用户大修车床改造的精度检验由于进行了磨导轨， 基准面已变动， 所以精度检验中的所有项目必须进行检验，且应严格进行控制，以保证改造后的使用性能。6.大修车床改造和新机改造的其它质量重要控制点(1)锈蚀检查：各横、纵向导轨面，主轴、主轴法兰盘，尾座空心套和各(2)外露非油漆外表都必须采取防锈措施，如清洗干净后，用润滑脂等进行防锈检查：铲刮面、丝杆和轴承在进行装配前必须清洗干净，不得留有红丹粉、铁削和其它脏物质；电箱内侧、防护罩内侧无灰尘、脏物。(3)渗漏检查：大修车床改造的主轴轴承和齿轮等必须保持润滑，大修车床改造和新车床改造的轴向丝杆和轴承必须有润滑，必须有冷却装置，且以上润滑和冷却中接头处，油、水箱等处都不得有渗漏现象。(4)机床噪声、温升、转速、空运转试验：主轴在各种转速下连续空运转 4min，其中最高转速运转时间不小于 2小时。整机空运行时间16h，对圆弧、螺纹、外圆、端面等循环车削进行模拟空运行试验。主轴轴承温度稳定后，测轴承温度及温升滚动轴承：温度70，温升40；滑动轴承：温度60，温升30。机床噪声声压级空运转条件下83dB(A)，且机床有无不正常尖叫、冲击声。各轴方向进给运动进行应平稳，无明显振动、颤抖和爬行现象。机床连续空运转试验在规定连续空运转时间内，无故障，运行可靠，稳定。(5)用户更换部件包括机床部分的维修的改造：由于车床更换部件的改造项目较多，主要是更换主轴轴承、轴向丝杆、轴向电机、轴向轴承和系统。更换主轴轴承：由于更换主轴轴承是为了保证加工外圆和端面的精度，必须在更换轴承后，先行检验主轴的噪声在无异常的情况下，整机噪声声压级不得超过 83dBA ，然后进行加工精度检验，并检验加工工件的外表粗糙度。更换轴向丝杆检验：检验各向位置精度，确保在规定范围内，跑机运行到达轴向运行无不正常的冲击声和杂音。更换轴向电机：由于其它项目未进行改造，则检验仅对跑机运行的噪声进行检验，轴向运行无不正常的冲击声和杂音。检验其轴向反向间隙，以防在装配中由于装配引起反向差值不符合要求。更换轴向轴承： 对于更换轴向轴承的情况，必须保证轴向的反向差值到达要求，并检查无不正常的杂音。更换系统检验：更换系统的情况，则仅检验系统功能，检验系统是否有报警现象，并同时检验试车螺纹是否正常对于带编码器的车床 。总之，随着科学技术的飞速发展，数控车床由于具有优越的加工特点，在机械制造业中的应用越来越广泛，为了充分发挥数控车床的作用，我们需要首先对车床进行必要改造，然后在编程中掌握一定的技巧，编制出合理、高效的加工程序， 保证加工出符合图纸要求的合格工件，同时能使数控车床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控车床能安全、可靠、高效地工作。参考文献：1 顾京.数控加工编程及操作.高等教育出版社,20032 王润孝.机床数控原理与系统.西北工业出版社，19963 李立.数控机床.高等教育出版社，20054 李开佛.机床工业综述.机械工业出版社，19935 彭炎午.电脑数控系统.西北工业出版社，19936 李诚人.机床电脑数控.西北工业大学出版社，19887 毕承恩.现代数控机床.机械工业出版社，19918 林其骏.机床数控系统.中国科学技术出版社，19919 FANUC LTD.FANUC Series O-MC Operators Manual.Printed in Japan.Jul,199210 Stenerson.Jakson .Computer Numerical Control.The Association Of American Publishers(AAP),2006