数控车床加工程序编制的探索与实践
《装备制造技术》2008年第4期
数控车床加工程序编制的探索与实践
段好运
(商丘技师学院,河南商丘476000)
摘要:围绕数控车床加工程序编制的原则,结合具体情况分析了数控车床加工程序编制的方法、步骤及细节问题,力求使数控车床编程者能编制出具有最合理的工艺方案、最佳刀具路径、最有效精度保证、最高效完成工件加工的程序。关键词:数控车床;加工程序;程序编制中图分类号:TG659
文献标识码:B
文章编号:1672-545X(2008)04-0143-04
数控车床是按照事先编制好的数控程序自动地对工件进行加工的集现代精密机械、计算机通讯、液压、光电等多学科技术为一体的高效自动化设备。理想的数控程序是人的意图与数控车床加工之间的桥梁,它不仅应该保证能加工出符合图样要求的合格工件,还应该使数控车床的功能得到合理的应用与充可靠、高效的工作。因此,掌握数分的发挥,使数控车床能安全、
控车床加工程序的编制是实现数控加工的关键。
分析,它是针对零件的加工过程而言的。本文着重从精度与技术要求方面进行分析,它是零件图样分析的重要内容。精度与技术要求分析的主要内容有:①分析精度及各项技术要求是否合理。②分析某个工序的数控车削加工精度能否达到图齐全、
样要求。③找出图样上有较高位置精度要求的表面,加工这些表面应在一次装夹下完成。④对表面粗糙度要求较高的表面,应确定用恒定线速度切削。通过分析零件图样可以确定加工方法和进刀路线,制定加工计划,以及确认与生产组织有关的问题。比如:确定该工件应安排在哪类或哪台车床上进行加工;采用何种装夹工具和何种装夹方法;确定采用何种刀具进行加工等内容。
图
零件图样样
分析修改
图1
辅助准备
制
定加工工艺
数学处理
填写程序单
制备控制介质
程首
序件机床加工校试验切
修改
1数控车床编程概述
数控车床加工程序是指按规定格式描述零件几何形状及加工工艺的数据指令集。数控编程是指由分析零件图样和工艺要求开始到程序检验合格为止的全过程。具体说来,数控编程过程是编程人员依据零件图样和工艺文件的要求,编制出可在数控机床上运行以完成规定加工任务的的一系列指令的过程。数控车床编程根据问题复杂程度的不同,数控加工程序的编制方法分为手工编程和自动编程。手工编程是指零件图样分析、工艺处理、数值计算、加工方案制定、编制程序和程序校验等工作都是由人工来完成,它要求编程人员不仅要熟悉数控机床的数控指令及编程规则,而且要具备数控车床加工工艺和性能、
计算能力。目前,手工编程是一种运用十分普遍的编程方法,是下面以手工编程为例介绍数控车床学习数控编程的基本要求。加工程序编制的过程。
1.2制定加工方案
数控车床的加工方案包括制定工序、工步及其先后顺序和进给路线等内容。在数控车床加工过程中,由于加工对象的多样性,特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化,再加上材料不同、批量不同等多种因素的影响,在对具体零件制定加工方案时应该具体分析和区别对待,灵活处理。只有这样,才能使制效定的加工方案合理,编制的程序优化,零件加工达到质量优、率高和效益好的目的。常用选择加工方案的原则有:
(1)先粗后精方案。为了提高生产效率并保证零件的精加工质量,在切削加工时,应先安排粗加工工序,在较短的时间内,将精加工前大量的加工余量(如图2中的虚线内所示部分)去掉,同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。当粗加工工序安排完后,应接着安排半精加工和加工。其中,安排半精加工的目的是,当粗加工后所留余量的均加工。其中,安排半精加工的目的是,当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时,则可安排半精加工作为过渡性工序,以便使精加工余量小
2数控车床加工程序编制的过程
在数控车削中,程序贯穿整个零件的加工过程。由于每个人的加工方法不同,编制加工程序也各不相同,怎样才能编制出合理优化的程序呢?图1所示是手工编程的一般过程,现分析如下:
1.1分析零件图样
确定了加工内容以后,要对数控车床加工部分的零件图样进行认真分析,一方面是结构工艺分析,它一般安排在零件图样初步设计与设计定型阶段进行;另一方面是精度与技术要求
收稿日期:2008-01-12作者简介:段好运(1973—),男,河南商丘技师学院教师,主要从事数控技术应用的教育与教学研究工作。
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而均匀。在安排一刀或多刀进行的精加工工序时,其零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。
对于某些特殊情况,则需要采取灵活可变的方案。这些都依靠编程者实际加工经验的不断积累与学习。其一、选择最短的空行程路线巧用起刀点缩短空行程路径。图4所示为矩形循环方式进行粗车的一般情况。其起刀点A的设定是考虑到精车等加工过程中需要方便的换刀,故设置在较远的位置,同时将起刀点和对刀点重合在一起,按三刀粗车的走刀路线安排如下:第一刀为A→B→C→D→A;第二刀为A→E→F→G→A;第三刀为A→H→I→J→A。图5所示则是将起刀点和对刀点分离。起刀点设置在图示的A点位置,仍按相同的切削用量进
图2
图3
行三刀粗车,走刀路线安排如下:对刀点和起刀点分离的空行程A→B;第一刀为B→C→D→E→B;第二刀为B→F→G→
(2)先近后远方案。这里所说的远与近,是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。在一般情况下,特别是在粗加工时通常安排离对刀点近的部位先加工,离对刀点远的部位后加工,以便缩短刀具移动距离,如图3按照由A'→A→B→C的顺序进行加工,大大减少空行程时间。
(3)先内后外方案。对既要加工内表面又要加工外表面的零件,在制定其加工方案时,通常应安排先加工内表面,后加工外表面。由于控制内表面的尺寸和形状较困难,刀具刚性相对较差,刀尖(刃)的耐用度易受切削热影响而降低,以及在加工中清除切屑较困难等造成的。
(4)程序段最少。在加工程序的编制过程中,为了使程序简减少出错率及提高编程的效率等,总是希望以最少的程序洁、
段实现对零件的加工。车床数控装置除了非圆曲线等特殊插补功能要求外,精加工程序的段数一般可由构成零件几何要素及由工艺路线确定的各条程序段直接得到。这时,应重点考虑如何使粗车的程序段数和辅助程序段数为最少。例如,在粗加工时尽量采用车床数控系统的固定循环等功能;在编程中尽量避免每次进给后均返回对刀点或车床的固定原点位置上。
(5)进给路线最短。确定加工路线,即选择对刀点、程序起走刀路线、程序终点。确定走刀路线的工作重点,主要用于点、
确定粗加工及空行程的走刀路线,因精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。走刀路线泛指刀具从对刀点开始运动起,直至返回该点并结束加工程序所经过的路径,包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。在保证加工质量的前提下,使加工程序具有最短的走刀路线,不仅可以节省整个加工过程的执行时间,还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。
H→B;第三刀为B→I→J→K→B;显然,图5所示的走刀路线
比图4的走刀路线的短。其二、选择最短的切削进给路线。最短的切削进给路线,不仅可有效地提高生产效率,还可以大大降低刀具的损耗。在安排粗加工或半精加工的切削路线时,应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺要求,不要顾此失彼。其中,图6-1表示利用数控系统的复合循环指令,控制车刀每次均按与零件轮廓相同的轨迹进给;图6-2利用数控系统的程序循环功能安排的“三角形”进给路线;图6-3利用数控系统的固定循环功能安排的“矩形”进给路线。以上三种切削进给路线,经分析和判断后可知矩形循环进给路线的走刀长度总和最短。因此,在同等条件下,其切削所需时间最短,刀具的损耗最小。其三、灵活选用不同形式的切削路线,图7给出了在切削半圆弧凹表面时,可供选用的几种常见的切削路线的形式。a图表示同心圆形式,b图表示等径圆弧形式,c图表示三角形形式,d图表示梯形形式。不同形式有不同的特点,了解他们的特点,有利于合理安排其走刀路线。
图6-1图6-2图6-3
图7
(6)合理选择切削参数。数控车削中的切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动大小的重要参数,包括切削深度、主轴转速、进给速度。它们的选择与普车所要求的基本对应一致,但数控车床加工的零件往往较复杂,切削用量按一定的原则选定后,还应结合实际加工情况随时进行调整,这对操作者来说应该具有一定的实际生产加工经验。
1.3数学处理
数控加工是一种基于数字的加工,在分析数控加工工艺与
图4
图5
编制程序时不可避免的要进行数学分析与计算。根据被加工零件图样,按照已经确定的加工路线和允许的编程误差,计算数控系统所需要的数据,称为数学处理。通常情况下,
零件图形的
优化工艺方案除了依靠大量的实践经验外,还应善于分析,必要时可辅以一些简单计算。上述原则并不是一成不变的,
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数学处理主要是计算零件加工轨迹的尺寸,即计算零件加工轮廓的基点和节点坐标,或刀具中心轮廓的基点和节点坐标,以便编制加工程序。数学处理的最终目的是为了获得编程所需要的所有相关位置坐标数据。对图形的数学处理一般包括尺寸和公差等直接两个方面:一方面是根据零件给出的形状、
通过数学方法(如三角函数、几何与解析几何法)计算出编程时所需要的有关各点的坐标值、圆弧插补所需要的圆弧圆心的坐标。另一方面,当按照零件图给出的条件还不能直接计算出编程时所需要的所有坐标值,也不能按照零件图给出的条件直接进行工件轮廓几何要素的定义进行自动编程时,那么就必须根据所采用的具体工艺方法、工艺装备等条件,对工件原图及有关尺寸进行必要的数学处理或改动,才可以进行各点的坐标计算和编程工作。
(1)养成良好的编程习惯。在程序段第一行设定指令,保证编制的程序在执行时不受到前面程序段执行时留下的影响。
(2)熟悉所使用的机床的力学性能、所规定使用的指令、编程格式,能充分发挥机床功能。
(3).编程时尽量符合各点重合的原则。编程的原点要和设计的基准、对刀点的位置尽量重合起来,减少由于基准不重合所带来的加工误差。
(4)使用优化结构编制高效程序,要善于运用系统提供的单一或复合循环指令,以减少程序段数量,提高编程效率。
(5)粗、精加工分开编程,为了提高零件的精度并保证生产效率,车削工件轮廓的最后一刀,通常由精车刀来连续加工完成,因此,粗精加工应分开编程。并且,刀具的进、退位置要考虑妥当,尽量不要在连续的轮廓中切入切出或换刀及停顿,以免因切削力的突然变化而造成弹性变形,致使光滑连接的轮廓上产生划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。
程序的修改贯穿于每一步之中,调试结束后,应整理出一份新的程序单。
3数控编程中的细节问题
1.4编写加工程序单
根据已确定的加工方案及数值处理获得的数据,按照数控系统要求的程序格式和代码格式编写加工程序。
1.5输入程序信息
程序单完成后,编程者或机床操作者可以通过数控车床的在编辑方式下直接将程序信息输入数控系统的存储操作面板。
器中;也可以把程序单的程序存放在计算机或其他介质上,在根据需要传输到数控系统中。
1.6加工程序的检验与调试
在数控车削加工过程中,加工程序的调试是一个重要的环节。程序调试所起的作用有三个:一是检验坐标系设定和对刀时所做相应刀补值的正确性;二是检验输进数控车床的程序的正确性;三是坐标系的设定与这个程序间是否匹配。加工程序调试的目的有两个:一是排除程序运行的不安全性,二是加工出合格的工件。新编程序在各个环节上都有可能发生错误,这些错误轻则加工不出合格的工件,重则可能造成事故。在正式用于生产之前,必须进行程序运行检查。根据检查结果,对程序进行调整→检查→修改→再检查→再修改……这往往要经过多次反复,直到获得完全满足加工要求的程序为止。正确的调试既能发现和排除程序的不安全性,又可以找到加工不合格工件的原因。具体检验过程如下:(1)校对,这是把手工输入的程序与程序单作校对,检查输入环节是否有错误。(2)设定坐标系和对刀,选定一种该数控系统允许的坐标系设定方式,并在这种方式下对刀,给出坐标设定所需的数据和所用的各把刀具的刀补值。(3)锁住机械部分的状态下运行一遍程序,这一步可查出编程规则是否有错误、程序中是否有不允许的代码与指令、圆弧是否无法作出和是否存在超程等问题。(4)在不装试件的情况下单步运行一遍程序,运行时仔细观察是否有发生干涉的现象。(6)在不装试件的情况下连续运行一遍程序,运行时仔细观察刀尖的连续运动路线是否正确。(7)装上试件,连续运行程序试切试件,这是最关键的一步,也是最危险的一步,所以要尤其小心。(8)检测试件,修改刀补值,先不卸下试件,在装夹状态下检测所有能检测的部位,并根据检测的结果修改相应的刀补值。(9)试车首件,根据全面检测的结果修改相应的刀补值,把进给速度和快速修调旋钮调到合理倍率,装上新的坯料试车。
4案例分析
根据图8所示零件编写加工程序,毛坯材料为45钢。(1)零件图分析
该零件由外圆柱面、外圆锥面、圆弧面及
螺纹构成,外形较复杂,其材料为45钢,毛坯尺寸选择
! 35mm。
图8
(2)确定工件的装夹方式由于该工件为实心轴类零件,并且轴的长度不太长。所以采用工件的右端面和" 35mm外圆作为定位基准。使用普通三爪卡盘夹紧工件,取工件的右端面为工件坐标系的原点。
(3)确定数控加工刀具、加工工艺与选择切削用量根据零件的外形和加工要求,选用如下刀具:T01为90°外圆车刀,
T02为宽5mm切断刀,T03为60°螺纹车刀。数控加工工序详
见表1
。
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表1数控加工工序表
零件名称
轴
数
量
N00240Z150.0;
日
期切削深度
备注
;沿Z向快速退刀;取消2号刀补;换T03号外圆车刀
1件刀具号码
主轴转速
N00250T0200;N00260T0303S450;
点
手动
进给速度
工序名称工艺要求
N00270G00X25.0Z-12.0;;刀具快速定位到螺纹车削循环起N00280G76P010060Q100R0.2;;螺纹切削循环N00290G76X21.4Z-45.0P1300Q350F2.0;N00300GOOX150.0;N00310Z150.0;N00320T0300;N00330T0202S600;N00340G00Z-70.0;N00350X33.0;N00360G01X0.1F0.1;N00370G00X150.0;N00380Z150.0;N00390T0200;N00340M05;N00360M30;
;切断
;沿X向快速退刀;沿Z向快速退刀;取消3号刀补;主轴停转;程序结束
;沿Z向快速退刀;取消2号刀补
;换T02号切断刀(对刀点为左刀尖);定位
r/min400600900600600
mm/rmm
12
下料
! 35mm棒料
T01
工步内容
自右向左粗车外轮廓自右向左精车外轮廓
车削车端面
工步数(控(
(车
(削
(检验
3
1)2)3))5)
切退刀槽车螺纹
切断,保证总长
T01T01T02T02规格
0.30.20.10.1
1.00.255.0
自动自动自动自动自动
4材料
45钢" 35mm×65mm
(4)编写加工程序(以FANUC-OI系统为例说明)
O0001;N0010M03;N0020S600;N0030T0101;
起点
;程序名为O0001;主轴正转
;设定主轴转速600r/min;换T01号外圆车刀
N0040G00X36.0Z2.0;;刀具快速定位到工件右端面车削循环N0050G71U1.0R0.5;N0070G01X0F0.2S900;N0080Z0;
N0090X10.0Z-8.0;
N00100G02X20.0Z-13.0R5.0F0.15;N00110G0lX24.0Z-15.0F0.2;N00120Z-50.0;N00130X32.0Z-60.0;N00135Z-65.0;N00140X36.0N00150G70P70Q140;N00160G00X150.0;N00170Z150.0;N00180T0100;N00190T0202S600;N00200G00Z-50.0;N00210G00X25.0;N00220G01X20.0F0.10;N00230GOOX150.0;
;切槽加工;沿X向快速退刀;切槽定位;精车外轮廓;沿X向快速定位;沿Z向快速定位;取消1号刀补;粗车外轮廓
(5)输入零件加工程序。
(6)进行程序校验及加工轨迹仿真。(7)程序试运行。(8)首件加工。
总之,数控车床的编程既要把握“先粗后精、先进后远、先程序段最少、走刀路线最短”的总原则,又要具体情况内后外、
区别对待,特别注意理论联系实际,并在大量的实践中,对所学的知识不断地验证或修正,才能做到编制的程序最优化实用。
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N0060G71P70Q140U0.5W0.1F0.3;
2000.5.
TheDiscussionaboutProgramminginNCMachine
DUANHao-yun
(ShangqiuTechnicianSchool,ShangqiuHenan476000,China)
Abstract:BasedontheprincipleofprogramminginNCmachine,themethod,stepanddetailofNCprogrammingareanalyzedbycombiningwithpracticalsituation.ThemostsuitableprocessplanandthebestpatharemadebyNCmachineoperator,whichcanbeanassuranceforthepreciseandefficientmachining.
Keywords:NCmachine;machiningprogram;programming
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