数控车铣复合机床编程探讨

2021-10-19刘福亮

机电元件 2021年5期

刘福亮

(贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550009)

1 引言

随着数控技术的飞速发展，使得数控车床加工更加的便捷快速。数控技术集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、网络通讯技术、传感检测技术、信息处理技术于一体，是现代先进制造技术的基础和核心。复合加工作为一种先进的制造技术，是目前国际上机械加工领域最流行的加工工艺之一，能够缩短工艺链，减少零件装夹次数，提高零件的生产效率。在复合加工中，应用最广泛、难度最大的就是车铣复合加工。总的来看，车铣复合零件的加工并不是简单的车铣结合，而是需要考虑加工的先后次序和装夹方案，以保证加工精度。

2 零件结构分析及数控机床的选择

某型号连接器外壳如图1所示。零件材料为2AL2-T4，该零件结构复杂，其主要加工难点为两端的键和槽以及圆柱面上的螺旋槽，具有一定的位置关系，要求车床一次加工成形，普通数控机床无法加工，因此采用双主轴双刀塔车铣加工中心(见图2)来进行加工。该机床采用FANUC 18i 控制系统，两端可实现不同工艺同时加工，工件不停车对接。

图1 某连接器外壳部分图

图2 双主轴双刀塔车铣加工中心

采用如图2所示的车铣复合机床具有很多优势，比如：缩短产品制造工艺链，提高生产效率。可以实现一次装夹完成全部或者大部分加工工序，从而大大缩短产品制造工艺链；减少装夹次数，提高加工精度。装夹次数的减少避免了由于定位精准转化而导致的误差积累。从而提高产品的加工精度；占地面积少，降低生产成本。虽然车铣复合加工设备的单台价格比较高，但由于制造工艺链的缩短和产品所需设备的减少，以及工夹具的减少，能有效降低生产运作和管理成本。

3 加工程序的编制

3.1 切削循环程序的编制

FANUC系统中最常用的循环指令就是G70、G71两个。其中，G71指令是外圆粗车复合循环指令，适合于棒料为毛坯且轴向和径向尺寸单调递增的轴类零件。该轴类零件上包含比较复杂的外圆.台阶.圆弧过渡等特征的轮廓。只需要按照轮廓编程，在程序中给出精加工走刀轨迹即可，这样可以达到有效简化程序的目的，最大限度地减少编程工作量。能够正确应用该指令完成单件加工和批量加工对提高加工效率有着非常重要的意义。

G71指令只需指定粗加工背吃刀量、精加工余量和精加工路线，系统便可自动给出粗加工路线和加工次数，完成各外圆表面的粗加工。如图3所示，其加工程序如下。

图3 连接器外壳外圆加工

G97S1500M13

M98P1

T0101

G0X75.0 Z5.0

G71U2.0R0.5

G71P111Q222U0.5W0.1F0.5

N111G0X20

GIG99Z0.F0.1

X45，C0.5

Z-25

X70

Z-30

N222X75

G70P111Q222

M98P1

M30

在代码“G70P111Q222”中，P表示精加工循环程序的开始程序段号，此程序段控制工件需作精加工的路径；Q表示精加工循环程序的结束程序段号，此程序段控制工件需作精加工的路径。

3.2 极坐标插补的程序编制

数控车床一般只能加工回转体类零件，而要在回转体类零件的端面加工孔系、矩形轮廓、矩形槽等形状，则不能直接在数控车床上加工，只能再由数控铣床继续加工，这样将影响零件的加工精度和增加零件的加工时间、降低生产效率。而在车削中心上加工此类零件就比较方便，车削中心是在原有直角坐标的基础上，增加了个极坐标功能，使得机床能够把回转类零件和它端面的矩形轮廓或矩形槽在一次装夹中连续加工完成。

极坐标插补功能是将轮廓控制由直角坐标系中编程的指令转换成一个直线轴运动(刀具的运动)和一个回转轴的运动(工件的回转)。需要主轴和安装在转塔刀架上的自驱动刀具作同步运动，并在工件表面进行铣削加工，用G112指令命令极坐标插补。

极坐标插补法准则：G112有效时，不允许G00定位。使用圆弧插补时，G02或G03圆弧的半径用R进行规定。命令C轴之前，必须启动M23。命令极坐标之前，应将主轴定向到0度。Z轴运动与极坐标插补无关。使用极坐标时，C轴指令的单位为英寸或毫米，而不是度。当G112极坐标插补有效时，不允许程序重新启动和程序段重新启动。编程是X为直径，而C为半径。

如图4加工一个50mm的方,四角倒R4园角,起点在C0开始切削，程序如下：N1

图4 外壳铣方

M98P1

T0808,

G10P0Z#500M66

M53S1500

X80.Z-25.0

M23

C0.

G1G112

G1G41G98X50.0C-26.0F200

C-21.0

G2X42.0C-25R4.0

G1X-42.0

G2X-50.0C-21R4.0

G1C21.0

G2X-42C25.0R4.0

G1X42.0

G2X50.0C21.0R4.0

G1C-26

Z5.0F500.0

G40

G113

M24

M98P1

M30

3.3 圆柱面插补的程序编制

数控车床一般加工回转体零件，而要加工出回转零件外轮廓上的螺旋槽、异性槽等形状，则不能直接由数控车床加工完成，只能再有具有旋转轴的加工中心装夹找正后继续加工，这将影响零件的加工精度和增加零件的加工时间，车铣复合加工中心利用圆柱面插补功能则可轻松地解决此难题。

圆柱面(G107)用来在工件上进行仿形铣削加工。Z和C用来规定运动的终点。采用圆柱面插补时，C以度进行编辑，C还用来规定启动圆柱面插补的G107程序段中的零件半径。X用来对切削深度进行编辑。

极坐标插补法准则：圆柱展开平面被视为G19转轴，编程前必须进行加工平面的选择。G107有效时，不允许G00定位。使用圆弧插补时，G02或G03圆弧的半径用R进行规定。命令C轴之前，必须启动M23。命令圆柱面插补之前，应将主轴定向到0度。使用极坐标时，H用来对递增的C轴运动进行编辑。当G107圆柱面插补有效时，不允许程序重新启动和程序段重新启动。

根据以上圆柱面插补方法，该零件需要在圆柱面加工三螺旋槽，其展开图如图5所示，找出每两点之间的距离，再通过公式换算出角度，计算公式如下：