数控程序的改进对加工制造的影响

高丽霞　刘曦永　张文鹏

摘 要：制造自动化技术是先进制造技术的重要组成部分，其核心是数控技术。数控加工工艺分析与编程是数控加工的核心，合理的工艺技术是数控加工质量和加工效率的保证。介绍了连接盘程序及其加工工艺，从节约时间和节约刀具的使用量两方面入手分析加工过程，探讨了不同的数控加工工艺对工件加工成本和效率的影响，并依此改进数控加工程序和加工方法。这项工作对日后的数控编程工作有很大的启发，为企业降低成本、提高工作效率、提高市场竞争力奠定了坚实的基础。

关键词：数控编程；铣削；加工工艺；自动化技术

中图分类号：TP205 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.097

数控技术是综合应用计算机、精密机械、自动控制和自动检测等技术的产物，它的出现极大地推动了计算机辅助制造系统、集成制造系统、虚拟制造系统和敏捷制造的发展，使其朝着高效化、高精度化、集成化、系统化和高可靠性的方向发展。随着社会经济的发展，不断涌现出了许多先进技术，而且它们的自动化程度也在逐步提高。在当今社会，制造企业不仅要生产出质量合格的零件，还对其整个生产工艺提出了更高的要求——提高加工效率，降低加工成本，提高市场竞争力。本文以减速器连接盘的铣削数控工艺程序为例，详细分析了它的工作过程，并且根据需要和实际情况合理选择刀具、确定走刀路线和切削形式。

1 连接盘加工现状和改进措施

1.1 现状分析

普通铣刀刀盘上装夹的铣刀刀片长约16 mm，宽12.5 mm，刀片装在铣刀盘周围，如图1所示。铣刀刀盘的一次性加工面积比较小，当需要连续铣削较厚的大面时，就需要连续铣几次。例如，利用现有的立式数控铣床加工连接盘，连接盘的6个齿需要均匀地铣削大约7.5 mm。在加工前，连接盘需要铣削的部分如图2阴影部分所示，加工后的部分如图3所示。因为需要铣削的面比较大，所以，其加工方法是：受加工量的限制，每一刀的加工深度为5 mm，并且按照既定程序沿齿形方向循环，

这样，1个齿就需要走11圈。在此过程中，要结合实际条件，按照程序设定的线速度运行。1个齿形走完1圈需要4 min，而每个齿至少需要走11圈，那么，加工1个齿就需要44 min。一般情况下，1个连接盘有6个齿，再加上中间转换角度和自动调整刀具位置的时间，整个过程耗时就更长了。

另外，在加工过程中，可以考虑用合金铣刀直接铣削，合金铣刀如图4所示。虽然合金铣刀的铣削面积大，但是，它不能执行较大吃刀量的铣削；虽然依靠合金铣刀可以直接加工，而且加工工艺简单，但是，大量的铣削会严重损坏刀具，降低刀具的耐用度。同时，使用铣刀盘往复铣削，不仅耗时长，而且刀具的磨损情况也比较严重，工作效率较低。

1.2 改进分析

由现有的加工方法可知，在毛坯的基础上，需要去除的材料厚度比较大。如果铣刀盘的一次性切削量比较大，就很容易损坏铣刀刀片，而且循环次数多，工艺方法复杂，耗时长。另外，面对这么大的铣削量，如果不能直接使用合金铣刀一刀铣成，就会损坏刀具。为了解决这些问题，工作人员修改了编程工艺——将原来的周转深度5 mm改为使用铣刀盘在每个齿的适当位置选择几个切削点进行从上到下的粗切削，留下较小的余量，然后用合金铣刀进行精加工。

切削点的选择原则有以下3点：①选择切削点时，应选择去除材料多的地方，并且不影响有用的部分；②尽量选择切削次数最少的点；③切削余量要尽可能少。

1.3 改进措施

在实际加工过程中，连接盘内圆弧的直径为58 cm。受生产条件的限制，没有直径为58 cm的刀具，只有直径为53 cm的铣刀盘，所以，要在CAD软件中绘图，在1个齿一侧的4个点处切削，并且要满足切削点的选择原则。4个点的坐标分别为A（130.71，-21.98），B（133.77，-21.18），C（183.35，-37.88），D（187.43，-41.4），如图5所示，并且每个点在刀具上的直径如4个细实线圆所示。

对于工件，齿一侧切削量的放大情况如图6斜线部分所示。当选择A，B，C，D作为切削点时，四刀切削后可去除的材料如图7斜线部分所示，切削余量如图8黑色区域所示。从图中可以看出，经过切削点后，切削余量已经很少了。因为粗铣后余量很少，所以，可以使用合金铣刀一次性顺利铣削，即精铣。铣削后，零件中整个齿的实物如图9所示。

连接盘每个齿需要铣削的深度为55 cm，每个齿需要粗铣8刀，那么，粗铣每个齿所需时间约为18 min（基于程序中F150），初步铣每个连接盘所需时间大约为108 min，精铣一周所用时间约为40 min。由此可知，这样做比之前采用的加工方法节约了将近1/2的时间，能够达到提高工作效率的目的。

1.4 程序修改与比较

铣削工艺的改变体现在铣削程序和铣削思想的改变上。

修改前的子程序片段为：

N20 T1 D1；选择合适刀具（刀具库事先设定刀具参数）

……

N50 G1 G91 Z-5 F1500；（第一圈切削5 mm）

N60 G1 G90 X190.53 Y41.50 RND=4 FRC=300；（切削起始位置的圆弧）

N70 G1 X183.47 Y39.29 RND=4 FRC=100；

N80 G2 X131.98 Y23.2 CR=29 RND=3 FRC=300；（切削齿中间较大的圆弧）

N90 G1 X128.12 Y22 RND=3 FRC=100；

N100 G1 X128.12 Y22 RND=3 FRC=100；

N110 G1 X131.98 Y-23.2 RND=3 FRC=100；

N120 G2 X183.47 Y-39.29 CR=29 RND=4 FRC=100；

N130 G1 X190.53 Y-41.5 RND=4 FRC=300；

N140 G1 X……

N150 REPEAT N50 P=10；（工件旋转60°后重复N50以后的程序10次）

……

修改后的子程序片段为：

N30 T1 D1；

N40 G0 Z5；

N50 G0 G90 G64 X187.43 Y-41.4；（在第一个选定点准备切削）

N70 G1 Z-55 F150；（在第一个选定点切削）

N80 G0 Z5；

N90 G0 X183.35 Y-37.88；（在第二个选定点准备切削）

N100 G01 Z-55 F150；（在第二个选定点切削）

N110 G0 Z5；

N120 X133.77 Y-21.18；（在第三个选定点准备切削）

N130 G01 Z-55 F150；（在第三个选定点切削）

N140 G0 Z5；

N150 X130.71 Y-21.98；（在第四个选定点准备切削）

N160 G01 Z-55 F150；（在第四个选定点切削）

N170 G0 Z5；

……

由上述分析、比较可知，采用修改后的工艺比之前的工艺节约了大约1/2的工作时间，有效提高了工作效率，无形中降低了加工成本。在日益激烈的行业竞争中，较低的加工成本无疑是企业竞争的绝对优势之一。

2 结束语

综上所述，对于连接盘加工，不是采用多次循环的方式，而是采用取点并且直接切削到预定深度的加工方法。这样做，大大提高了加工效率。由此可见，在数控编程时，工作人员可以选择的加工方式很多，但是，在选择加工方法时，可以综合考虑各方面因素，考虑现有的条件，选择成本较低又节约时间的加工方法。与此同时，还要打破常规思维方式，不断尝试新的加工工艺，从而节约成本、提高工作效率，进一步提高企业的市场竞争力及其对动态多变市场的适应能力。

参考文献

[1]王知行，邓宗全.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]李体仁，王勇强.数控手工编程技术及实例详解——西门子系统[M].西安：化学工业出版社，2012.

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作者介绍：高丽霞（1984—），女，山西大同人，硕士，主要从事机械设计与制造方面的研究。

〔编辑：白洁〕