3.1 数控车床的编程基础

1.数控车床的编程特点

【工件坐标系】 数控车床以径向为X轴，纵向为Z轴。从主轴箱指向尾架的方向为+Z方向。对于刀架后置式的车床，X轴正向由轴心指向后方，如图3-1（a）所示；而对于刀架前置式的车床，X轴的正向由轴心指向前方，如图3-1（b）所示。由于车削加工是围绕主轴中心前后对称的，因此无论是前置式的还是后置式的，X轴指向前、后对编程来说并无多大差别。本章的编程绘图都按图3-1（b）所示的前置式方式表示。

【X和Z坐标指令】 按绝对坐标编程时，使用代码X和Z；按增量坐标编程时，使用代码U和W。在零件的程序或程序段中，可以按绝对坐标编程或增量坐标编程，也可以用绝对坐标与增量坐标混合编程。

【直径编程方式】 由于车削加工图样上的径向尺寸及测量的径向尺寸使用的是直径值，因此在数控车削加工的程序中输入的X及U的坐标值也是直径值，即按绝对坐标编程时，X为直径值，按增量坐标编程时，U为径向实际位移值的2倍。采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致，这样可以避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大的方便。

2.数控车床加工工艺概述

数控车床的车削与普通车床加工零件所涉及的工艺问题大致相同，处理方法也没有多大差别。从装夹到加工完毕的每个工步的加工过程都要十分清晰，还要考虑每个工步的切削用量、走刀路线、位置、刀具尺寸等比较广泛的问题，因此要根据数控车床的特性、运动方式合理制定零件加工工艺。加工工艺处理工作的好坏，不仅会影响机床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。加工工艺处理的工作内容主要有制订加工方案、确定切削用量、制订补偿方案等。

1）夹具 要充分发挥数控车床的加工效能，工件的装夹必须快速，定位必须准确。数控车床对工件的装夹要求为，首先应具有可靠的夹紧力，以防止工件在加工过程中松动；其次应具有较高的定位精度，并便于迅速和方便地装、拆工件。数控车床主要用三爪卡盘装夹，其定位方式主要采用心轴、顶块、缺牙爪等方式，与普通车床的装夹定位方式基本相同。

2）刀具 车床主要用于回转表面的加工，如内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等切削加工。图3-2所示为常用车刀的种类、形状和用途。

数控车削常用的车刀一般分为3类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。

【尖形车刀】 以直线形切削为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖（同时也是其刀位点）由直线形的主、副切削刃构成，如90°内/外圆车刀、左/右端面车刀、切断（车槽）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。

【圆弧形车刀】 圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀，其特征是构成主切削刃的刀刃形状是一个圆度或线轮廓误差很小的圆弧，该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别适宜于车削各种光滑连接（凹形）的成形面。

【成形车刀】 成形车刀俗称样板车刀，加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸来决定。数控加工中应尽量少用或不用成形车刀。

车刀安装得正确与否，将直接影响切削能否顺利进行和工件的加工质量。安装车刀时，应注意下列4个问题。

车刀装在刀架上，伸出部分不宜太长，伸出量一般为刀杆高度的1～1.5 倍。伸出过长会使刀杆刚性变差，切削时易产生振动，影响工件的表面粗糙度。

车刀垫铁要平紧，数量要少，垫铁应与刀架对齐。车刀一般要用两个螺钉压紧在刀架上，并逐个轮流旋紧。

车刀刀尖应与工件轴线等高。

车刀刀杆中心线应与进给方向垂直，否则会使主偏角和副偏角的实际工作角度发生变化，从而产生误差。

3）制订加工方案 数控车床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路线等。制定加工方案的一般原则为先粗后精、先近后远、先内后外、程序段最少、走刀路线最短和特殊情况特殊处理等。

【先粗后精】 在车削加工中，应先安排粗加工工序。在较短的时间内，将毛坯的加工裕量去掉以提高生产效率，同时应尽量满足精加工的裕量均匀性要求，以保证零件的精加工质量。在数控车床的精车加工工序中，最后一刀的精车加工应一次走刀连续加工而成，加工刀具的进刀、退刀方向要考虑妥当，应尽可能不在连续的轮廓中安排切入和切出或停顿，以免因切削力的突然变化而造成弹性变形，使光滑连接的轮廓上产生表面划伤，或者滞留刀痕及尺寸精度不一等缺陷。

【先近后远】 一般情况下，在数控车床的加工中，通常安排离刀具起点近的部位先加工，离刀具起点远的部位后加工，这样可以缩短刀具移动距离，减少空走刀次数，提高效率，也有利于保证工件的刚性，改善其切削条件。

【先内后外】 在加工既有内表面（内孔）又有外表面的零件时，通常应先安排加工内表面，后加工外表面。这是因为在加工内表面时，由于受刀具刚性较差及工件刚性不足的影响，会使其振动加大，不易控制其内表面的尺寸和表面形状的精度。

【走刀线路最短】 这是在数控车床上确定走刀线路的重点，主要是指粗车加工和空运行的走刀线路。在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线不仅可以节省整个加工过程的时间，而且还能减少车床的磨损等。

4）切削用量与切削速度 数控车床加工中的切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动速度大小的重要参数，包括切削深度、主轴转速和进给速度。在加工程序的编制工作中，选择好切削用量，使切削深度、主轴转速和进给速度三者间能互相适应，形成最佳切削参数，是工艺处理的重要内容之一。

【切削深度的确定】 在车床主体—夹具—刀具—零件这一系统刚性允许的条件下，尽可能选取较大的切削深度，以减少走刀次数，提高生产效率。当零件的精度要求较高时，则应考虑适当留出精车裕量，其所留精车裕量一般比普通车削时所留裕量小，常取0.1～0.5mm。

【主轴转速的确定】 除螺纹加工外，主轴转速的确定方法与普通车削加工时的一样，应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。在实际生产中，主轴转速可用下式计算：

式中，n为主轴转速（r/min）；v为切削速度（m/min）；d为零件待加工表面的直径（mm）。

在确定主轴转速时，需要首先确定其切削速度，而切削速度又与切削深度和进给量有关。

【进给量的确定】 进给量是指工件每转动一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm/r），它与切削深度有着较密切的关系。粗车时一般取为0.3～0.8mm/r；精车时常取 0.1～0.3mm/r；切断时宜取0.05～0.2mm/r。

【切削速度的确定】 切削时，车刀切削刃上某一点相对待加工表面在主运动方向上的瞬时速度（v），即为切削速度，又称为线速度。

【车螺纹时主轴转速的确定】 在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电动机的降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，因此对于不同的数控系统，推荐的主轴转速范围会有所不同。

5）编写数控加工专用技术文件 编写数控加工技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些专用技术文件既是数控加工和产品验收的依据，也是操作者必须遵守和执行的规程。为了加强技术文件管理，数控加工专用技术文件也应标准化、规范化，但目前国内尚无统一标准。下面介绍常用的数控加工专用技术文件供参考见表3-1和表3-2。