基于华中系统数控机床加工方法的工艺研究

王海涛 吴倩 刘刚

摘要： 目前，中国处在发展的关键时期，政府提出了“中国制造2025”奋斗目标，不仅仅是制造大国，还是世界最大的机床产品消费与进口国，对数控机床加工质量和生产效率的追求明显增长。通过对数控机床加工的分析，以加工特色零件为例，对数控加工的编程方法进行总结并对加工工艺规划进行阐述，便于在金工实习过程中，学生能够快速了解数控编程加工的过程，为对其进一步研究和发展提供思路和方法。

Abstract： At present， China is at a critical period of development. The government has put forward the goal of " Made in China 2025". It is not only a big manufacturing country， but also the largest consumer and importer of machine tools in the world. It has increased the processing quality and efficiency of CNC machine tools. By analyzing the machining of CNC machine tools and processing the characteristic parts as an example， the programming methods of NC machining are summarized and the process planning is expounded. It is convenient for students to understand the process of NC programming quickly during the process of metalworking practice， so as to provide ideas and methods for further research and development.

关键词： 数控机床;华中数控;计算机编程;加工工艺

Key words： CNC machine tools;Huazhong CNC;computer programming;processing technology

中图分类号：TP391.9                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）01-0088-03

1  数控机床概述

从20 世纪中叶数控铣床技术出现以来，数控机床给机械加工制造业带来了革命性的变化，并且它应用范围广、质量好、效率高的特点，使它快速成为经济建设和国防建设的重要装备。可以说机床加工水平展现了一个国家制造业强弱的象征，而且精密的数控机床更加是国家发展的重要的战略资源。

随着数控机床的不断快速发展和逐渐普及，其自动化程度更高，加工效率更高，工序也更加集中，数控机床操作反而更加简便和容易，一般的数控机床操作工人只需要经过初期的培训就可以快速掌握初步操作，易于实现CAD/CAM的一体化等优势快速显现。尽管投入成本较高，但是由于加工质量好，效率高，质量稳定性好，尤其针对复杂形状的内燃机零件，使得制造成本大幅降低，因此数控机床促进了制造业的快速发展。由于便于与CAM的连接，数控机床能够加工复杂空间曲面的零件，能够实现四轴甚至五轴的联合运动，这无疑使加工范围更加广泛，加工种类也更多。

我国的制造业起步相对较晚，整体发展水平落后于其它发达国家，在高端机床的研发制造方面还处于较低水平。1993年华中理工大学数控研究所的研究人员们研发成功中国自己的数控系统——华中数控系统，1994年组建华中数控有限公司，国产数控系统研发步入高速发展阶段。随着我国整体制造业水平的提高，数控机床的广泛应用，以及国际流通的便利和较多精密数控设备的引进消化，使得我国的数控机床制造业水平也突飞猛进，取得了可喜的成绩。当然，高精密的数控核心技术依然掌握在西方工业国家手中，关键零件和高级控制系统还需要依赖进口。中国数控机床的发展压力依然巨大，与欧美差距依然存在，在中国数控人的努力下，差距也在快速缩小中。

2  数控机床加工分析

数控机床就是运用了利用数字信息实现自动控制技术的机床。这里的数字信息就是程序。数控机床的程序的编制主要有两种方式，一种是手工编程，一种是软件编程。

数控机床手工编制程序时，为了便于程序的书写，配置了类似于高级语言的宏程序功能，用户可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，此外，宏程序还提供了循环语句、分支语句和子程序调用语句，适合各种复杂曲面圆弧的加工程序，减少乃至免除手工编程时进行繁琐的数值计算，较大程度的简化了程序的书写。手工编程适用于简单形状以及能够用方程式表达的规则形状的程序编制。在计算机普及的今天，使用手工编制数控加工程序日渐减少，与之形成对比的，计算机软件编制加工程序普及率快速提升。

数控机床软件编制程序时，则可以最大限度的发挥软件与数控机床的能力，实现复杂曲面的快速编程和安全加工。在实际实习教学中，我们为了很好的激发学生的学习兴趣，将普通的机械零件加工替换为与生活相关或者简化形状的一些零件的加工，如：多面体组合形状，或者形状不太复杂的内燃機零件，编程演示的浮雕形状等。编程软件选用机械行业使用较为广泛的UG8.5版本。零件外形尺寸？准75*15，八边形内台形状深度1mm，造型过程不再赘述。如图1为华中数控系统操作面板图。

零件选用：毛坯为？准75*16的圆柱体，已经车削切断的合金铝棒，工件坐标系（即工件原点）设置在工件顶面中心，坐标设置时，将Z坐标-1（考虑顶面1mm余量）。

刀具选用：顶面1mm余量，计划使用？准10立铣刀加工顶部平面;由于形状深0.5，余量比较小，故而直接选用？准8立铣刀。

机床选用：教学用的配置了华中数控系统的国产数控铣床。

3  数控机床参数设置编程

①机床设置视图中设置刀具长度、刀具直径、和刀具磨损等参数，见图2。

②机床设置视图中设置坐标参数，也就是工件编程原点在机床坐标系中的坐标值，本次程序选择的是G54坐标系。见图3所示。进行坐标设置操作时，工件坐标系对应的机床坐标x和y值计算入坐标系对应位置。刀具安装好，设置对应刀具补偿的长度值，或者将此刀具的顶端中心点换算到坐标系的Z值输入到坐标系Z值中。坐标系输入的准确性至关重要！

③此零件形状规整简单，手工编制程序程序量也少。但是为了对比的需要，我们也选择了进行软件编程。程序视图中选择需要的加个策略进行设置，生成加工刀路，见图4。数控加工通常按工序集中原则划分工序，主要考虑精度和效率。加工顺序要遵循基面先行、先粗后精、先上后下、先大刀具后小刀具、先主后次和先面后孔等一般原则，同时应尽量减少换刀次数，节省辅助时间，减少产生误差因素。

型腔铣策略参数设置，见图5。

在UG软件系统模拟加工演示之后，利用确定的后处理程序编译生成数控加工程序，见图6、图7。到此，数控程序已经完成。

4  数控机床程序加工

将工件正确安装在机床上，并进行找平和找正固定，确认安装完成后，经确认设置坐标系和选用刀具尺寸无误后，导入程序进行加工演示，这时一般要将坐标系抬高一段距离，经观察路径与编程路径一致，然后将坐标系恢复到原始设置。注意，在加工初期，切削速度不易太快，一般按照设计速度的20-30%进行，在加工稳定，状态正常之后，逐渐调整到正常速度。加工过程中，还要随时注意刀具冷却和磨损的状态，一般在粗加工过程中刀具磨损会比较大，在精加工过程中也要注意刀具的状态。

5  效果评价

①我院教学使用的华中数控系统稳定、可靠，能够展现教学效果;

②UG编制的程序对接华中数控系统能正确衔接，过程顺畅;

③学生看过加工出的零件后，学习兴趣明显，尤其是三维软件的学习兴趣，也加深了对数控加工工艺和数控机床的理解。

6  结语

本文以华中系统数控铣床的功能及工作原理为切入点，阐述了数控铣床的编程方法分类，以及计算机编程的常规流程，并对数控铣床的使用方法和加工特点以及注意事项进行了叙述。通过对零件的数控加工工艺分析，加工工艺路线的规划，加工方法的选择的过程讲解，最终实现零件的加工完成。展示给学生的是一个完整的加工过程，提升了学习兴趣，加深了数控加工的真实理解，提供了数控编程学习的例证，为学生的进一步学习研究奠定了基础。

参考文献：

[1]寇文化，吴爽编著.UG NX 8.5数控编程技术实战特训[M].北京：电子工业出版社，2014.

[2]马文龙.基于数控加工的工艺设计原则及方法[J].内燃机与配件，2021（06）.

[3]曾玉.数控加工的工艺设计原则及方法探讨[J].数码世界，2020（10）.

[4]许镇海，刘礼婷.特殊产品数控加工工装的研究及应用[J].机械管理开发，2021（08）.

[5]崔元刚.探讨数控加工工艺思想的形成教学[J].冶金与材料，2019（06）.

[6]张祥.数控加工工艺设计原则及步骤分析[J].内燃机与配件，2017（08）.

[7]曹树岭，简正豪，何苗.提高数控加工质量的工艺措施[J].山东工业技术，2016（21）.

[8]钱强.如何提升机械数控加工的有效措施[J].才智，2016（28）.

[9]樊金民.數控加工中切削参数的意义与优化方法[J].河南科技，2015（01）.