數(shù)控車床加工編程典型實例分析

朱立新

摘要:數(shù)控機床的最大特點是對零件變化的適應性強,通過合理的手工編程減少刀具空行程,提高刀具的運行效率。優(yōu)化參數(shù),減少刀具磨損。選用復合循環(huán)指令功能,簡化編程。

關(guān)鍵詞:手工編程;空行程;優(yōu)化參數(shù);復合循環(huán)

中圖分類號:GT519 文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)20-0098-02

數(shù)控機床是一種技術(shù)密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設(shè)備,是綜合應用計算機、自動檢測及精密機械等高新技術(shù)的產(chǎn)物。隨著數(shù)控機床的發(fā)展與普及,現(xiàn)代化企業(yè)對于懂得數(shù)控加工技術(shù)、能進行數(shù)控加工編程的技術(shù)人才的需求量必然不斷增加。數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機床之一。它與普通車床相比,一個顯著的優(yōu)點是:對零件變化的適應性強,更換零件只需改變相應的程序,對刀具進行簡單的調(diào)整即可加工出合格的零件,為節(jié)約成本贏得先機。但是,要充分發(fā)揮數(shù)控機床的作用,不僅要有良好的硬件(如:優(yōu)質(zhì)的刀具、機床的精度等),更重要的是軟件:編程,即根據(jù)不同的零件特點,編制合理、高效的加工程序。通過多年的編程實踐和教學,我摸索出一些編程技巧。本文就數(shù)控車床零件加工中的程序編制問題進行探討。

一、編程方法

數(shù)控編程方法有手工編程和自動編程兩種。手工編程是指從零件圖樣分析工藝處理、數(shù)據(jù)計算、編寫程序單、輸入程序到程序校驗等各步驟,主要由人工完成的編程過程。它適用于幾何形狀不太復雜的零件加工,以及計算較簡單、程序段不多、編程易于實現(xiàn)的場合等。但對于幾何形狀復雜的零件,由于編程時計算數(shù)值的工作相對煩瑣,工作量大,容易出錯,程序校驗也較困難,用手工編程難以完成,因此要采用自動編程。所謂自動編程即程序編制工作大部分或全部由計算機完成,可以有效解決復雜零件的加工問題,也是數(shù)控編程未來發(fā)展趨勢。同時,也要看到手工編程是自動編程的基礎(chǔ),自動編程中許多核心經(jīng)驗都來源于手工編程,二者相輔相成。

二、減少刀具空行程

在SIEMENS802C數(shù)控車床中,刀具的運動是依靠伺服電動機來帶動的,盡管在程序命令中有快速點定位命令GO0,但與普通車床的進給方式相比,依然顯得效率不高。因此,要想提高機床效率,必須提高刀具的運行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完畢后退回參考點所運行的距離。只要減少刀具空行程,就可以提高刀具的運行效率(對于點位控制的數(shù)控機床,只要求定位精度較高,定位過程可盡可能快,而刀具相對工件的運動路線是無關(guān)緊要的)。在機床調(diào)整方面,要將刀具的初始位置安排在盡可能靠近毛坯的地方。在程序方面,要根據(jù)零件的結(jié)構(gòu),使用盡可能少的刀具加工零件使刀具在安裝時彼此盡可能分散,在很接近棒料時彼此就不會發(fā)生干涉;另一方面,由于刀具實際的初始位置已經(jīng)與原來發(fā)生了變化,必須在程序中對刀具的換刀點位置進行修改,使之與實際情況相符,與此同時再配合快速點定位命令,就可以將刀具的空行程控制在最小范圍內(nèi)從而提高機床加工效率。

三、優(yōu)化參數(shù),平衡刀具負荷,減少刀具磨損

由于零件結(jié)構(gòu)的千變?nèi)f化,有可能導致刀具切削負荷的不平衡。而由于自身幾何形狀的差異導致不同刀具在剛度、強度方面存在較大差異,例如:正外圓刀與切斷刀之間,螺紋車刀與端面割刀之間。如果在編程時不考慮這些差異。用強度、剛度弱的刀具承受較大的切削載荷,就會導致刀具的非正常磨損甚至損壞,而零件的加工質(zhì)量達不到要求。因此編程時必須分析零件結(jié)構(gòu),用強度、剛度較高的刀具承受較大的切削載荷,用強度、剛度小的刀具承受較小的切削載荷,使不同的刀具都可以采用合理的切削用量,具有大體相近的壽命,減少磨刀及更換刀具的次數(shù)。

本文總結(jié)的一些具體結(jié)論僅適用于SIEMENS802C數(shù)控車床,但是它表現(xiàn)的編程思想具有普遍意義。要編制合理高效的加工程序,必須要熟悉所使用機床的程序語言并能加以靈活運用,了解機床的主參數(shù),深入分析零件的結(jié)構(gòu)特點、材料特性及加工工藝等。

SIEMENS802C數(shù)控車床指令包括G、M、S、T。其中G指令為準備功能指令,M指令為輔助功能指令,S為主軸轉(zhuǎn)速控制指令,T為刀具選擇指令。下面列出了部分常用的指令代碼及參數(shù)含義。

如:LCYC95為外圓車削復合循環(huán),其中R105為加工方式參數(shù),當R105=1時是縱向、外部、粗加工;當R105=5時,則為縱向、外部、精加工,R106為精加工余量參數(shù),R108為切入深度,R109為粗加工切入角參數(shù),R110為粗加工時的退刀量參數(shù)R111為粗切進給率、R112為精切進給率參數(shù)。在編程時應盡量選用復合循環(huán)指令功能,選擇這些功能可簡化編程。

四、編程步驟

拿到一張零件圖紙后,首先應對圖紙進行工藝分析,確定加工工藝過程,也即確定零件的加工方法(如采用的工夾具、裝定位方法等),加工路線(如進給路線、對刀點、換刀點等)及工藝參數(shù)(如進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削速度和切削深度等)。其次應進行數(shù)值計算。數(shù)控系統(tǒng)都帶有刀補功能,只需計算輪廓相鄰幾何元素的交點(或切點)的坐標值,得出各幾何元素的起點、終點和圓心坐標值即可。最后,根據(jù)計算出的刀具運動軌跡的坐標值和已確定的加工參數(shù)及輔助動作,結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定使用的坐標指令代碼和程序段格式,逐段編寫零件的加工程序單,并輸入CNC裝置的存儲器中。

數(shù)控車床是加工回轉(zhuǎn)體零件,典型的加工表面不外乎圓柱、圓錐、螺紋、圓弧面、切槽等。例如,要加工如圖所示的零件,采用手工編程方法比較合適。由于不同的數(shù)控系統(tǒng)其編程指令代碼有所不同,因此應根據(jù)設(shè)備類型進行編程,現(xiàn)以SIEMENS802C為例,針對下圖的編程應進行如下操作:

(一)課題訓練圖

噴嘴的加工

(二)課題說明

本課題形體結(jié)構(gòu)典型,一是要考慮如何保證同軸度、垂直度等的形位公差問題,另外由于該零件是黃銅材料,毛坯價格較貴,再加上是批量加工,在編程中應該考慮如何省材料。因此該課題合理地選擇加工工藝、優(yōu)化編程,是本課題完成之關(guān)鍵。

(三)工藝分析確定加工方案

1.分析零件圖。尺寸φ4、φ22、φ55的外圓和φ2的內(nèi)孔以及M30X1.5螺紋,即左端各需要在一次安裝中加工。其余右端各部將為調(diào)頭加工。

2.確定工藝路線:該零件分以下幾個工步完成:(1)先下料為φ56X46;(2)用930正偏車刀,車左端面→鉆φ2的內(nèi)孔→粗、精車φ4外圓→φ22外圓→φ55外圓→用切槽刀切退刀槽→用螺紋刀車M30X1.5螺紋;(3)調(diào)頭:精車φ16外圓→倒角→及車各部分溝槽和鉆出φ7的內(nèi)孔。

3.裝夾方法和工件坐標系原點的選擇。由于毛坯為φ56X46的銅料,因此,夾具應采用三爪自定心卡盤,并且制作一個5mm深的帶止口的軟爪。加工中,應選擇φ55的外圓作為安裝定位裝夾基準面,調(diào)頭裝夾應采用百分表嚴格找正。工件坐標系的原點選擇在工件的左端面與回轉(zhuǎn)軸線的交點,工件應從左往右加工。

4.選擇刀具:根據(jù)加工要求,選用車刀。

(1)在主程序MM67中:1號刀(T1D1):為930正偏刀,主要用于外圓的粗、精加工和端面的車削;2號刀(T2D1):為切槽刀,刀頭寬度為3.5 mm、選左刀尖點作為刀位點;3號刀(T3D1):為螺紋車刀。

(2)在主程序MM68中:1號刀(T1D1):為930正偏刀,主要用于外圓的粗、精加工和端面的車削;2號刀(T2D1):為切槽刀,刀頭寬度為2.2 mm、選左刀尖點作為刀位點;4號刀(T4D1):為端面溝槽加工車刀。

采用試切法對刀,對刀的同時把端面加工出來,在調(diào)頭加工時應把總長車好。

5.確定切削用量。車外圓:(1)粗車時,主軸轉(zhuǎn)速為500r/min,進給速度為0.3mm/r;(2)精車時,主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min,進給速度為0.08mm/r,切槽和車螺紋時,主軸轉(zhuǎn)速為400r/min,進給速度為0.1mm/r。

6.計算各基點坐標,如下所示:A點:(4,-2.82);B點:(5.29,-4.29)。

(四)程序編制

利用西門子802C系統(tǒng)編制加工程序如右所示:

五、結(jié)語

要實現(xiàn)數(shù)控加工,編程是關(guān)鍵。而合理運用編程技巧,編制高效率的加工程序,對提高機床效率往往具有意想不到的效果。本文雖然只對一例數(shù)控車床加工零件進行了編程分析,但它具有一定的代表性。由于數(shù)控車床可以加工普通車床無法加工的復雜曲面,加工精度高,質(zhì)量容易保證,發(fā)展前景十分廣闊,因此,掌握數(shù)控車床加工編程技術(shù)尤為重要。