數控車工編程加工工藝設計技巧研究

謝 健

摘? 要：數控機床加工的精度與效率遠超普通車床，合理設計加工工藝，可提升生產零件的質量，賦予其更高價值，促進行業發展。該文分析影響數控車工編程加工質量的因素，明確設計加工工藝原則，結合數控車工編程加工工藝發展需要，探究設計加工工藝的技巧，充分發揮數控車工編程加工工藝優勢，保證生產產品的質量。

關鍵詞：數控車工；編程加工；工藝技巧；刀具；夾具

中圖分類號：TG519.1? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）08-0118-04

Abstract： The accuracy and efficiency of CNC machine tools are far higher than those of ordinary lathes. Reasonable design of processing technology can improve the quality of produced parts， endow them with higher value， and promote the development of the industry. This paper will analyze the factors that affect the programming and processing quality of CNC lathe workers， clarify the principles of design and processing technology， and explore the skills of designing processing technology according to the needs of the development of CNC lathe programming processing technology， so as to give full play to the advantages of CNC lathe programming processing technology to ensure the quality of production products.

Keywords： CNC lathe worker; programming processing; process skill; tool; fixture

現階段，需加工零件結構復雜，對數控機床的控制性能提出較高要求，優化數控車工編程加工工藝至關重要，應作為相關人員的工作重點。因此，工作人員應認識到加工工藝設計優化的重要性，解決傳統加工工藝中存在的問題，提高加工工藝的可操作性，確保生產的零件符合質量標準，具有較高的應用價值，提高經濟效益。

1? 數控車工編程加工質量影響因素

1.1? 工藝方案選擇

為保證設計的工藝符合加工需要，工作人員首先需要了解影響加工效果的因素，其中工藝方案的選擇為主要影響因素，數控機床受加工算法的控制。因此，可選加工方案種類較多，如不能正確選擇工藝方案，不僅會導致加工的零件質量不達標，還會提高加工成本。原材料、加工標準、加工數量等共同組成工藝方案，工作人員在選擇工藝方案時，需考慮零件實際加工需要，設置數控車工編程加工的目標，預測各工藝方案的實際應用效果，確保選擇的工藝方案可達到加工標準。同時，還要計算工藝方案應用需花費的成本，在不影響加工質量的條件下，盡量控制加工工藝的應用成本，并檢驗工藝方案的靈活性，保證選擇的工藝方案可順利實施，提高零件加工產生的經濟效益。

1.2? 刀具運行軌跡

數控車工編程加工中，控制算法主要通過操控刀具實現零件加工，而刀具運行軌跡直接影響加工零件的粗糙度，且不合理的刀具運行軌跡會增加加工工藝的應用成本，因此，刀具的運行軌跡也是影響加工質量的關鍵因素。刀具運行軌跡的設計應與被加工零件的加工目標相符，合理設置刀具運行的起點與終點，規劃加工過程中刀具的運行路線，通過編程控制刀具嚴格按照設計路線運行。除此之外，設計人員還應適當縮短加工過程中刀具的運行距離，減少加工對刀具的磨損，提高加工使用材料的利用率，及時發現工藝方案存在的問題并進行解決，確保制造的零件精度與外觀符合加工標準，既能夠提升零件加工效果，又可以實現控制加工成本的目標[1]。

2? 數控車工編程加工工藝設計原則

2.1? 先粗后精

數控車工編程加工工藝設計中，應按照先粗后精的順序，分粗加工、半精加工與精加工3步，各環節設計中需注意以下問題。第一，粗加工應為加工工藝的第一步，去除待加工零件的多余部分，以便精加工環節的順利開展。第二，半精加工之前要更換刀具，作為粗加工與精加工之間的過渡環節，當粗加工余量不符合精加工標準時，增加半精加工環節，提升零件余量的均勻性。第三，精加工之前再次更換刀具，加工過程中控制刀具保持連續的運行狀態，堅決避免加工過程中因為各種因素導致切割中斷，如不能連續切割會致使零件表面出現彈性變形，甚至造成零件表面被刮傷，影響零件的加工質量。

2.2? 先近后遠

為防止刀具被磨損，零件加工中應遵循先近后遠的原則，設計數控車工編程加工工藝的工序，確保加工的零件質量高。數控車工編程加工時，零件接近刀具的位置開始加工，盡量縮短零件加工過程中刀具的移動距離，加工中刀具不會處于空程狀態，有效減少加工耗費的資源與成本。除此之外，加工工藝設計中堅持先近后遠原則更符合零件加工需要，也能改善數控車工編程加工工藝的切削條件，保持待加工零件的剛性，提升加工后產品的質量，充分發揮數控車工編程加工工藝的作用，生產與市場需求相匹配的零件，加快行業發展速度[2]。

2.3? 先內后外

數控車工編程加工工藝不僅需加工零件的外表面，也應加工零件的內表面，為此，設計加工工藝時也要遵循先內后外的原則，全面提升加工工藝的應用效果。工作人員在設計加工方案時，首先設計零件內表面的加工方案，而后設計零件外表面的加工方案，借此保證零件的加工質量。零件內表面對尺寸與形狀精度要求較高，先加工內表面可保證加工使用的刀具剛性保持較高水平，以免內表面加工難以達到預期效果，對加工零件的質量產生消極影響，增加完成零件加工任務的難度。

3? 數控車工編程加工工藝設計技巧

3.1? 加工內容確定

確定加工內容是設計加工工藝的第一環節，與加工工藝的應用效果關系緊密，只有確定數控車工編程加工內容，才能按照需要設計符合加工標準的加工方案，提高零件的加工質量。第一，比較數控車床與普通車床間的性能差異，優先選擇在普通車床上無法完成的零件加工任務，凸顯數控機床的加工優勢，充分應用信息技術編寫用于控制機床運行的程序，深入分析難度較大加工內容的特點，據此設計針對性強的加工方案，提升高難度零件的加工效率。第二，當使用普通車床完成加工任務花費時間長，且加工人員完成工作難度大時，也可使用數控車床完成，根據加工內容的特點設置加工標準，規范應用數控車工編程加工工藝的方式，組織加工人員學習先進工藝的應用手段，要求工作人員按照規范完成加工任務，既能夠提高加工效率，又可強化加工人員的能力水平，保護加工人員的人身安全。第三，了解零件進入本環節前的狀況，包括零件的制作材料、形狀、尺寸和加工余量等，這些都會影響加工內容的確定，設計人員需根據待加工零件的特性確定加工內容。合理選擇加工內容可提高加工質量，應引起工藝設計人員的重視，將零件劃分為多個類別，分批次處理零件，以此確定加工內容，提高零件的加工效率，保證零件的尺寸、余量等精度達到質量標準[3]。

3.2? 走刀路線設計

數控車工編程加工工藝設計中，走刀路線設計是最重要的環節，路線設計不合理會影響加工工藝的應用效果，常見走刀路線如圖1所示，工作人員在設計走刀路線時需注意以下問題。第一，刀具切入點與切出點設計，切入點即刀具切割零件的開始位置，而切出點為刀具離開的位置，此類位置的選擇對走刀路線設計起到決定性作用，設計人員在設計走刀路線過程中，應尤其重視切入點與切出點的設計，研究待加工零件的特點，借助互聯網技術精確計算刀具的切入位置與切出位置，確保切入位置與切出位置準確，盡量縮短刀具的移動距離。第二，結合數控機床的實際情況，設計加工過程中刀具的移動路線，并結合加工需要優化刀具的運行路線，不影響加工工藝應用效果的同時，盡量縮短加工中刀具需移動的距離，并通過編程控制刀具按照規定路線運行，順利完成加工任務，以免刀具運行路線過長造成的刀具磨損，降低加工零件的質量。第三，通過模擬設計刀具行進路線，檢驗已經設計路線的合理性，確保按照該路線完成加工不會在零件表面留下痕跡，保證加工零件表面光滑度達到標準，及時糾正走刀路線設計方案中存在的問題。用于數控車工編程加工工藝的走刀路線需設計人員反復驗證，確認按照該路線完成加工不會影響零件的質量，才可實際應用設計的走刀路線。

（a）? Z字形? ? ? ? （b）? 環形? ? ? ?（c）? Z字形+環形

3.3? 夾具選擇

夾具在數控機床中發揮固定零件的作用，為保證設計加工工藝在生產中體現應有價值，工作人員應合理選擇夾具，以免零件加工過程中發生移動，方便工作人員控制機床完成加工任務。第一，分析零件的加工需求，確保使用的夾具能夠控制零件在機床中處于正確的方向，夾具種類的選擇需依據零件的類型特征，數控機床常用夾具為三爪自定心卡盤，如圖2所示，軸類零件加工可使用液壓高速動力卡盤，也可使用軟爪夾持工具，增強數控機床使用夾具的靈活性，可滿足不同類型零件的加工需要，保證加工工藝順利實施。第二，細長軸類零件加工是數控車工編程加工中難度最大的加工項目，設計人員應增加此類零件加工中使用的夾具，增設液壓自動定心中心架，最大限度提高零件加工的精度，尤其提升此類零件內部加工效果，合理應用夾具可將定心精度控制在0.03 mm以內。第三，夾具的使用注意事項較多，設計人員應熟練掌握夾具的使用方式，當加工零件批量較小時，需采用組合夾具，并確保使用的夾具具備可調試性，同時保證所使用的夾具不應影響數控機床的正常運行。第四，盡量使用操作簡單的夾具，夾具的安裝與拆卸需方便，以便工作人員能夠盡快完成夾具的安裝，不會影響零件加工工藝的正常應用[4]。

夾具的選擇過程中，還要關注生產零件的規模，假如生產零件數量少，盡量使用組合式夾具，利用原有夾具，滿足該批次零件的生產需要，不影響零件加工質量的同時，減少數控車工編程加工工藝的應用成本。加工中使用的夾具，應為開敞狀態，用于固定夾具的部件，需避開走刀路線，以免夾具影響加工工藝的順利應用，降低生產零件的質量。盡量選擇安裝簡單的裝卸零件，控制安裝夾具的時間，縮短應用工藝前的準備時間，快速進入數控車工編程工藝應用階段。

3.4? 切削參數設置

3.4.1? 切削速度

切削速度是切削加工三要素之一，即主軸每分鐘的轉數，設置該項參數時需考慮加工使用刀具的材料、零件的材料與加工條件等。第一，刀具材料對切削參數設置的影響，當加工使用刀具為硬質合金時，切削速度設置可適當提升，一般加工使用刀具說明中會注明技術參數，通常在每分鐘100 m以上，如加工刀具使用材料為高速鋼，切削速度需降低，設置的參數不應超過每分鐘70 m，最佳切削速度為每分鐘20～30 m，以免參數設置不當影響加工效果。第二，工件材料的硬度等都會影響切削速度的選擇，高硬度的工件材料需設置較低的切削速度，鑄鐵、淬火鋼不銹鋼等作為工件材料，設置切削速度應適當降低，如工件材料為有色金屬，設置的切削速度較高，每分鐘100～200 m為最佳，低碳鋼的切削速度應設置為每分鐘100 m以上。第三，粗加工過程中設置的切削速度需降低，精加工選取的切削速度需適當提升，當數控車工編程加工工藝使用的機床、工件、刀具剛性低時，應降低切削速度。第四，控制機床的程序使用為主軸每分鐘轉數，需按照公式計算，求出切削速度，如使用恒線速，則主軸每分鐘轉數作為切削速度。

3.4.2? 進刀量

數控車工編程加工工藝設計中，進刀量的選擇依據工件對表面粗糙度的要求，設計人員在確定進刀量時要考慮工件加工標準，科學設置進刀量參數。第一，精加工中，對工件表面的光滑度要求較高，因此走刀量取值應適當降低，可設置為主軸每轉進刀0.06～0.12 mm，粗加工階段設置的進刀量一般較高，這樣的參數設置方式更符合零件加工需要，加工后的零件表面達到加工規定的質量標準。第二，考慮刀具強度對加工效果的影響，通常情況下進刀量可取值0.3以上，但當刀具主后角較大且刀具強度差時，需對進刀量的取值做出調整，同時還需考慮機床的運行功率，適當調整進刀量的取值。第三，數控車工編程加工工藝中使用多種單位的進刀量，設計人員在設計中需合理運用公式轉換2種單位，控制進刀量的數值在合適范圍內。合理的進刀量設置是保證加工質量的關鍵，設計人員應認識到進刀量參數設置的重要性，不斷提升自身的知識水平。進刀量與工藝應用效果關系緊密，需作為數控車工編程加工工藝設計的重點內容，深入了解工藝應用相關設備與進刀量之間的關系，根據加工使用原材料、刀具等的特性，合理設置機床運行的進刀量，高質量完成零件加工任務，充分體現數控車工編程加工工藝的應用價值[5]。

3.4.3? 吃刀深度

吃刀深度也稱切削深度，是數控車工編程加工工藝設計的重要內容，為此設計人員在設計中需重視吃刀深度的設計，參數設置原則如下所述。第一，精加工中，吃刀深度通常設置為0.5 mm左右，而粗加工中吃刀深度設置要考慮工件、刀具與機床等的影響，小型車床完成加工任務吃刀深度應設置在5 mm以下，小型車床的最大加工直徑小于400 mm。第二，倘若數控機床使用的主軸變速方式為普通變頻調速，且機床主軸每分鐘轉速低于200轉時，電機的輸出功率大幅度降低，此時吃刀深度的取值需減小。第三，組織工藝設計人員學習先進的參數設計理念，為設計人員提供系統化的學習機會，全面提升設計人員的參數設置能力，使設計人員具備控制吃刀深度的能力。行業應重視參數設置在設計中的作用，充分考慮各項因素對運行效果的影響，按照零件加工需要，正確設置數控機床的運行參數，并依據不斷變化的工藝應用需求，動態調整機床的運行參數，保證加工工藝的應用效果。數控車床是一種全自動化機床，在零件加工中應用廣泛，機床的運行主要受程序控制，更符合行業的發展需要，且將此類機床用于零件加工可提升生產效率，保證設計的數控車工編程加工工藝發揮應用作用，生產高質量的零配件，增加零件生產的經濟效益。

3.4.4? 編程方式選擇

數控車工編程工藝，編程方式有人工編程與自動編程2種，2種編程方式的應用技巧存在差異，適用范圍也各不相同，在實際應用工藝時，要結合生產需要，選擇最合適的編程方式，保證加工零件的質量達到預期。

人工編程，即人工完成程序的編寫，控制數控車工的運行方式，適用于形狀簡單的零件加工，此類零件加工編寫程序簡短，出錯可能性相對較小，工藝應用成本低。按照編程的參考點，可將人工編程分為2類，基于固定點坐標開展的編程，被稱為絕對坐標編程，該編程方法中，各個點的坐標固定，相關人員要按照設計的走刀路線，確定各個點的坐標，完成程序的編寫，控制數控車工的運行方式。也可構建相對坐標系完成編程，該編程方法中，將刀具當前所在位置前一個點看做原點，程序執行過程中，坐標系隨時發生變化。

自動編程適用于復雜零件加工，常用編程軟件有APT、CAM 2種，應用該方法編程，工作人員僅需完成零件的設計即可，后續工作由計算機完成，部分自動編程程序，具有確定最佳工藝參數的功能。該編程方法用于數控車工程序編寫，能夠實現復雜代碼的編寫，減輕技術人員的工作壓力，編寫的程序更為科學，可精確控制數控車工的運行狀態，確保加工的零件形狀、規格符合要求。

4? 結束語

綜上所述，數控車工編程加工工藝具有較高的研究價值，可取代人力完成更為復雜的零件加工與裝配，提高加工精度與加工質量。相關人員應關注領域最新研究成果，學習先進加工工藝設計理念，根據零件加工需要，不斷調整數控車工加工工藝，推動機械制造業技術改革，將先進的加工工藝用于生產，為工作人員開展工作奠定理論基礎。

參考文獻：

[1] 張微微，鹿曼曼，張習習.薄壁零件數控車工加工工藝的探討[J].中國設備工程，2022（16）：91-93.

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[3] 程輝.CAXA數控車的斜橢圓零件自動編程加工[J].集成電路應用，2021，38（7）：148-149.

[4] 張志航.數控車加工圓弧螺紋的宏編程探討[J].科學技術創新，2020（30）：127-128.

[5] 姚映涵.數控車工編程加工工藝設計技巧[J].裝備制造技術，2020（7）：131-133.