基于980TDi數(shù)控車床系統(tǒng)編程加工套類零件

方鵬 黃焰霄 樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院

數(shù)控機(jī)床由硬件和軟件兩大模塊組成。硬件部分主要包括床身、各運(yùn)動軸、刀庫等。軟件包括伺服系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)其功能為檢測運(yùn)動軸位移精度，并反饋補(bǔ)償誤差，數(shù)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)總體數(shù)學(xué)運(yùn)算，發(fā)送指令。

根據(jù)工件圖紙表達(dá)的零件結(jié)構(gòu)，確定總體工藝路線，以零件上某點(diǎn)為參考原點(diǎn)，建立二維坐標(biāo)系，依據(jù)刀具加工時行走的路徑，記錄下所有路徑交叉點(diǎn)坐標(biāo)，形成NC代碼加工程序文件；在機(jī)床上完成對刀動作，對刀點(diǎn)須保證與編制NC代碼時選擇的參考原點(diǎn)完全一致；導(dǎo)入加工程序文件并運(yùn)行，機(jī)床X、Z 坐標(biāo)軸即會在其驅(qū)動下，精準(zhǔn)行走完成零件加工。數(shù)控加工技術(shù)的誕生極大推動了整個機(jī)械行業(yè)制造水平的高速發(fā)展，它需要根據(jù)加工對象結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行工藝路線設(shè)計(jì)，夾持方法、刀具種類選擇，數(shù)學(xué)處理、程序編制，試切加工檢驗(yàn)后最終完成零件加工任務(wù)。

套類零件是機(jī)械制造中十分普遍的加工對象，對其加工過程的分析總結(jié)具有典型意義。本文針對典型套類零件進(jìn)行加工分析，對其數(shù)控加工的全過程進(jìn)行詳細(xì)介紹，并依據(jù)980TDi機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)規(guī)則，完成加工程序編寫、模擬試切削，最終完成了一件真實(shí)零件加工。

一、典型套類零件的分析

如圖 1 所示為某零件工藝圖，由零件圖可知，其為典型套類零件，尺寸公差范圍較小，有一定精度要求，結(jié)構(gòu)包括直線、倒角、臺階、凹圓弧、錐面和螺紋等，毛坯尺寸直徑φ50mm，長60mm，材料為鋁。

圖1 零件圖

（一）選擇刀具

從零件圖分析可知，零件結(jié)構(gòu)主要由直線、凹圓弧、錐面、內(nèi)螺紋、臺階、倒角等組成，選擇主偏角為90度的內(nèi)孔車刀，內(nèi)螺紋車刀，共兩把刀具，可滿足全部加工需求。

（二）工藝路線規(guī)劃

通過上述結(jié)構(gòu)分析及選擇的刀具類型，草擬加工工藝思路如下：（1）裝夾棒料后，加工右側(cè)端面，光整后，以該端面圓心為零點(diǎn)建立第一個工件坐標(biāo)系（2）加工右端面內(nèi)孔，進(jìn)行內(nèi)孔車刀、內(nèi)螺紋車刀的對刀動作，建立第二個工件坐標(biāo)系；（3）粗車工件內(nèi)輪廓（螺紋不加工）；（4）加工 M24×1.5的螺紋。

（三）加工步驟

數(shù)控車床嚴(yán)格按照編寫的加工程序指令進(jìn)行切削動作，如前期未對工件、夾具、刀具、機(jī)床附件的相對位置考慮全面，則極易發(fā)生碰撞事故，因此，加工前分析裝夾條件、合理安排夾持姿態(tài)（如工件懸伸量）、刀具安裝正確和準(zhǔn)確設(shè)置工件坐標(biāo)系十分必要。

1.裝夾工件和刀具

裝夾時，如不加工外圓，工件伸出長度可為零件長度的一半，但最終伸出長度不能大于零件長度的2/3，否則可能因懸伸過長，旋轉(zhuǎn)時擺動幅度過大發(fā)生安全事故。

由于零件上直線、倒角等結(jié)構(gòu)可先用內(nèi)孔車刀加工內(nèi)輪廓，然后換內(nèi)螺紋車刀加工 M24X1.5螺紋，因此可把內(nèi)孔車刀、內(nèi)螺紋車刀分別裝在并排的兩個刀架上，以提升換刀效率。同時，考慮換刀時安全問題，每把刀具加工結(jié)束后，都需要根據(jù)工件在主軸卡盤上的裝夾位置，刀具的實(shí)際安裝長度合理設(shè)置換刀地點(diǎn)，以防刀塔轉(zhuǎn)動時，刀具與工件干涉碰撞，保證換刀過程安全。

2.工件坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置

數(shù)控機(jī)床加工前極其重要的環(huán)節(jié)是對刀，目的是準(zhǔn)確設(shè)置參考基準(zhǔn)，使機(jī)床各軸運(yùn)行數(shù)據(jù)與加工程序編制時擬定的工藝路線數(shù)據(jù)完全一致。通常采用的對刀方法是試切法，一般情況下，對刀原點(diǎn)設(shè)置在零件右端面中心軸線上，進(jìn)行 X 軸和 Z 軸試切，記錄數(shù)據(jù)，完成對刀任務(wù)。

（1）X 軸對刀

裝夾套類工件后，設(shè)置合理主軸轉(zhuǎn)速，正轉(zhuǎn)主軸，使用手輪緩慢移動內(nèi)孔車刀，沿工件內(nèi)表面切削，出現(xiàn)一個小臺階為止，保持 X 軸位置不動，手輪選擇Z軸，使刀具沿 Z軸方向緩慢移出工件，直至安全位置，主軸停轉(zhuǎn)。

先用游標(biāo)卡尺測量臺階的大概直徑尺寸，再用內(nèi)徑千分尺測量精確尺寸并記錄。點(diǎn)按機(jī)床操作面板刀補(bǔ)鍵，選擇 序號 01屏幕顯示偏置 X，輸入記錄的內(nèi)行千分尺測量值，點(diǎn)按輸入鍵，系統(tǒng)自動計(jì)算出 X 軸方向刀偏，并存入指定的偏置號中。

（2）Z軸對刀

啟動主軸正轉(zhuǎn)，手輪選擇Z軸，緩慢移動內(nèi)孔車刀靠近工件端面，直至端面表面出現(xiàn)切屑，保持 Z 軸不動，手輪選擇X軸，使刀沿X軸方向緩慢移出工件，直至安全位置，主軸停轉(zhuǎn)。按系統(tǒng)操作面板的刀補(bǔ)鍵，選擇序號 01屏幕顯示偏置 Z，輸入數(shù)據(jù)“0”，點(diǎn)按輸入鍵，數(shù)控系統(tǒng)將當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得Z 軸刀偏值，并存入指定刀偏號存儲器中。

對刀時，尤其注意輸入的數(shù)據(jù)須與所使用的刀具、刀具號一一對應(yīng)，否則會發(fā)生嚴(yán)重的刀具工件碰撞事故。通過上述方式建立的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，就設(shè)置在了工件的右端面中心處。同理可設(shè)置螺紋車刀的工件坐標(biāo)系，但注意螺紋車刀對刀時不用進(jìn)行切削對刀，只需刀尖輕觸工件端面和內(nèi)孔面即可。

二、加工程序的編寫

按照編寫好的程序嚴(yán)格運(yùn)行各軸，準(zhǔn)確到達(dá)預(yù)定位置就是數(shù)控加工的自動加工過程。數(shù)控程序是在零件圖樣分析和工藝分析基礎(chǔ)上，用符合數(shù)控系統(tǒng)規(guī)則的語句編寫出來的，最終形成NC代碼文件。通過分析該套類零件結(jié)構(gòu)——直線、臺階、凹圓弧、倒角、螺紋和錐面結(jié)構(gòu)，加工時需使用到的G指令有：G00快速運(yùn)動指令、G01直線插補(bǔ)指令、G02順時針圓弧插補(bǔ)指令、G71粗車復(fù)合循環(huán)指令、G92 螺紋切削循環(huán)指令等。

將程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，一種方法是通過點(diǎn)按操作面板字符鍵輸入，編程者能體驗(yàn)數(shù)控機(jī)床編程的實(shí)際操作，但需要利用面板將每個字符輸入，效率不高。另一種是在電腦上新建TXT文件，打開編寫完程序代碼后，使用U盤將TXT文件拷貝到數(shù)控系統(tǒng)中，該方法輸入速度較快。加工前需要將拷入的程序設(shè)置為主程序，可在系統(tǒng)的操作面板直接選擇，流程為：編輯→U盤目錄→選擇程序名→輸入 →編輯程序。參考程序如表1所示。

表1 參考程序

三、數(shù)控車床模擬加工及產(chǎn)品

利用數(shù)控系統(tǒng)自帶的刀路模擬功能校驗(yàn)刀具加工軌跡，發(fā)現(xiàn)程序問題并修改，如程序沒有問題，則關(guān)閉模擬功能。通過G00快速運(yùn)動指令、G01直線插補(bǔ)指令、G03逆時針圓弧插補(bǔ)指令、G71粗車循環(huán)指令、G92螺紋切削循環(huán)指令等實(shí)現(xiàn)套類零件的外輪廓、螺紋、退刀槽等結(jié)構(gòu)的自動加工操作。模擬加工路線結(jié)果如圖2所示，零件實(shí)際加工結(jié)果如圖 3 所示。

圖2 套類零件模擬加工路線圖

圖3 套類零件加工實(shí)物圖

四、結(jié)束語

針對980TDi數(shù)控車床系統(tǒng)，以典型套類零件為加工任務(wù)，對零件的加工工藝進(jìn)行了分析，解決了螺紋車刀、內(nèi)孔車刀的裝夾定位問題，編寫了合理的加工程序，通過數(shù)控系統(tǒng)模擬功能對零件的加工路線進(jìn)行了校驗(yàn)，最終加工出了合格的產(chǎn)品，可供相關(guān)從業(yè)人員參考，具有借鑒意義。