数控车床加工编程典型实例分析

朱立新

摘要:数控机床的最大特点是对零件变化的适应性强,通过合理的手工编程减少刀具空行程,提高刀具的运行效率。优化参数,减少刀具磨损。选用复合循环指令功能,简化编程。

关键词:手工编程;空行程;优化参数;复合循环

中图分类号:GT519 文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)20-0098-02

数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综合应用计算机、自动检测及精密机械等高新技术的产物。随着数控机床的发展与普及,现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必然不断增加。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。它与普通车床相比,一个显著的优点是:对零件变化的适应性强,更换零件只需改变相应的程序,对刀具进行简单的调整即可加工出合格的零件,为节约成本赢得先机。但是,要充分发挥数控机床的作用,不仅要有良好的硬件(如:优质的刀具、机床的精度等),更重要的是软件:编程,即根据不同的零件特点,编制合理、高效的加工程序。通过多年的编程实践和教学,我摸索出一些编程技巧。本文就数控车床零件加工中的程序编制问题进行探讨。

一、编程方法

数控编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤,主要由人工完成的编程过程。它适用于几何形状不太复杂的零件加工,以及计算较简单、程序段不多、编程易于实现的场合等。但对于几何形状复杂的零件,由于编程时计算数值的工作相对烦琐,工作量大,容易出错,程序校验也较困难,用手工编程难以完成,因此要采用自动编程。所谓自动编程即程序编制工作大部分或全部由计算机完成,可以有效解决复杂零件的加工问题,也是数控编程未来发展趋势。同时,也要看到手工编程是自动编程的基础,自动编程中许多核心经验都来源于手工编程,二者相辅相成。

二、减少刀具空行程

在SIEMENS802C数控车床中,刀具的运动是依靠伺服电动机来带动的,尽管在程序命令中有快速点定位命令GO0,但与普通车床的进给方式相比,依然显得效率不高。因此,要想提高机床效率,必须提高刀具的运行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。只要减少刀具空行程,就可以提高刀具的运行效率(对于点位控制的数控机床,只要求定位精度较高,定位过程可尽可能快,而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的)。在机床调整方面,要将刀具的初始位置安排在尽可能靠近毛坯的地方。在程序方面,要根据零件的结构,使用尽可能少的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散,在很接近棒料时彼此就不会发生干涉;另一方面,由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化,必须在程序中对刀具的换刀点位置进行修改,使之与实际情况相符,与此同时再配合快速点定位命令,就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率。

三、优化参数,平衡刀具负荷,减少刀具磨损

由于零件结构的千变万化,有可能导致刀具切削负荷的不平衡。而由于自身几何形状的差异导致不同刀具在刚度、强度方面存在较大差异,例如:正外圆刀与切断刀之间,螺纹车刀与端面割刀之间。如果在编程时不考虑这些差异。用强度、刚度弱的刀具承受较大的切削载荷,就会导致刀具的非正常磨损甚至损坏,而零件的加工质量达不到要求。因此编程时必须分析零件结构,用强度、刚度较高的刀具承受较大的切削载荷,用强度、刚度小的刀具承受较小的切削载荷,使不同的刀具都可以采用合理的切削用量,具有大体相近的寿命,减少磨刀及更换刀具的次数。

本文总结的一些具体结论仅适用于SIEMENS802C数控车床,但是它表现的编程思想具有普遍意义。要编制合理高效的加工程序,必须要熟悉所使用机床的程序语言并能加以灵活运用,了解机床的主参数,深入分析零件的结构特点、材料特性及加工工艺等。

SIEMENS802C数控车床指令包括G、M、S、T。其中G指令为准备功能指令,M指令为辅助功能指令,S为主轴转速控制指令,T为刀具选择指令。下面列出了部分常用的指令代码及参数含义。

如:LCYC95为外圆车削复合循环,其中R105为加工方式参数,当R105=1时是纵向、外部、粗加工;当R105=5时,则为纵向、外部、精加工,R106为精加工余量参数,R108为切入深度,R109为粗加工切入角参数,R110为粗加工时的退刀量参数R111为粗切进给率、R112为精切进给率参数。在编程时应尽量选用复合循环指令功能,选择这些功能可简化编程。

四、编程步骤

拿到一张零件图纸后,首先应对图纸进行工艺分析,确定加工工艺过程,也即确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装定位方法等),加工路线(如进给路线、对刀点、换刀点等)及工艺参数(如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等)。其次应进行数值计算。数控系统都带有刀补功能,只需计算轮廓相邻几何元素的交点(或切点)的坐标值,得出各几何元素的起点、终点和圆心坐标值即可。最后,根据计算出的刀具运动轨迹的坐标值和已确定的加工参数及辅助动作,结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式,逐段编写零件的加工程序单,并输入CNC装置的存储器中。

数控车床是加工回转体零件,典型的加工表面不外乎圆柱、圆锥、螺纹、圆弧面、切槽等。例如,要加工如图所示的零件,采用手工编程方法比较合适。由于不同的数控系统其编程指令代码有所不同,因此应根据设备类型进行编程,现以SIEMENS802C为例,针对下图的编程应进行如下操作:

(一)课题训练图

喷嘴的加工

(二)课题说明

本课题形体结构典型,一是要考虑如何保证同轴度、垂直度等的形位公差问题,另外由于该零件是黄铜材料,毛坯价格较贵,再加上是批量加工,在编程中应该考虑如何省材料。因此该课题合理地选择加工工艺、优化编程,是本课题完成之关键。

(三)工艺分析确定加工方案

1.分析零件图。尺寸φ4、φ22、φ55的外圆和φ2的内孔以及M30X1.5螺纹,即左端各需要在一次安装中加工。其余右端各部将为调头加工。

2.确定工艺路线:该零件分以下几个工步完成:(1)先下料为φ56X46;(2)用930正偏车刀,车左端面→钻φ2的内孔→粗、精车φ4外圆→φ22外圆→φ55外圆→用切槽刀切退刀槽→用螺纹刀车M30X1.5螺纹;(3)调头:精车φ16外圆→倒角→及车各部分沟槽和钻出φ7的内孔。

3.装夹方法和工件坐标系原点的选择。由于毛坯为φ56X46的铜料,因此,夹具应采用三爪自定心卡盘,并且制作一个5mm深的带止口的软爪。加工中,应选择φ55的外圆作为安装定位装夹基准面,调头装夹应采用百分表严格找正。工件坐标系的原点选择在工件的左端面与回转轴线的交点,工件应从左往右加工。

4.选择刀具:根据加工要求,选用车刀。

(1)在主程序MM67中:1号刀(T1D1):为930正偏刀,主要用于外圆的粗、精加工和端面的车削;2号刀(T2D1):为切槽刀,刀头宽度为3.5 mm、选左刀尖点作为刀位点;3号刀(T3D1):为螺纹车刀。

(2)在主程序MM68中:1号刀(T1D1):为930正偏刀,主要用于外圆的粗、精加工和端面的车削;2号刀(T2D1):为切槽刀,刀头宽度为2.2 mm、选左刀尖点作为刀位点;4号刀(T4D1):为端面沟槽加工车刀。

采用试切法对刀,对刀的同时把端面加工出来,在调头加工时应把总长车好。

5.确定切削用量。车外圆:(1)粗车时,主轴转速为500r/min,进给速度为0.3mm/r;(2)精车时,主轴转速为1000r/min,进给速度为0.08mm/r,切槽和车螺纹时,主轴转速为400r/min,进给速度为0.1mm/r。

6.计算各基点坐标,如下所示:A点:(4,-2.82);B点:(5.29,-4.29)。

(四)程序编制

利用西门子802C系统编制加工程序如右所示:

五、结语

要实现数控加工,编程是关键。而合理运用编程技巧,编制高效率的加工程序,对提高机床效率往往具有意想不到的效果。本文虽然只对一例数控车床加工零件进行了编程分析,但它具有一定的代表性。由于数控车床可以加工普通车床无法加工的复杂曲面,加工精度高,质量容易保证,发展前景十分广阔,因此,掌握数控车床加工编程技术尤为重要。