数控加工中关键因素分析

作者：首都经济贸易大学 周洁 宋德山

欢迎访问e展厅 展厅 1 加工中心/FMS展厅 车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ... 数控加工作为一种先进的加工方法，被广泛地用于航空工业、舰船工业、电子工业等高精度，复杂零件的加工生产。在数控加工中，从零件图纸到加工出合格的零件，是一环套一环既复杂而又严密的过程。每个阶段的某个环节出问题，都会使加工过程中断。下面结合具体加工实例分3个阶段，对数控加工过程中一些关键因素进行分析，以使我们能对数控 加工加深了解，对加工生产有所帮助。 1 工艺处理阶段 一般所用的数控机床，大多都不具备工艺处理能力。数控加工工艺处理的目的和普通机床类似。但由于数控机床加工过程的每一细节都必须预先确定，加工自动完成。因此，与普通机床的工艺准备相比，有着其自身的特点。 1.1 对刀和换刀 普通机床加工零件时，刀具与工件的位置关系是通过量具与手轮相互配合加以确立的，如果刀具位置不正确，可由操作者随时加以调整。而数控加工，一次装夹，有多把刀具参与加工，为确立各个刀型等参数输入到计算机中，计算机通过坐标变换，使每把刀具与工件建立起对应关系。对于普通加工，对 刀问题不作为重要因素考虑。对于数控加工，只要使 用程序加工，就必须对刀，否则就会发生严重后果。普通加工换刀往往是通过操作感觉来控制，而数控加工必须认真考虑换刀位置，以防发生碰撞。 1.2 装夹方式的选择 考虑到数控加工每次装夹都必须重新对刀，这样会大大增加辅助加工时间，影响加工效率，同时也是对数控机床功能的“浪费”。所以，在数控加工中，尽可能做到一次装夹后，能加工出全部的待加工表面，以充分发挥数控机床的功效。现以某零件部分加工过程予以说明。 设备：绍布林数控加工中心。 刀具：①粗车外因刀、②精车外因刀、②粗扎糟刀、④精扎槽刀、②中心钻、⑧钻头、⑦镗刀、⑧切断刀。 夹具：气动三爪卡盘。 零件加工表面如图1所示，用粗实线表示。加工路线：毛坯(棒料)①粗车端面、外因⑤中心孔⑧钻孔②粗扎槽④精扎槽⑦铿孔②精车外圆、端面⑧切断。 采用数控机床完成上述加工只需一次装夹，而用普通机床加工，通常需4次装夹。 1.3 刀具设计 与普通加工刀具相比，数控加工的刀具有以下的特点。 (1)数控加工简化了刀具设计 以加工实例分析，加工表面如图2所示，用粗实线表示。 为了保证位置、尺寸精度，普通加工只能采用双刃成型刀，利用车刀本身的精度，来保证零件的加工精度。而采用数控加工，由于机床能够准确地控制刀具位置，所以可以采用单刃刀代替双刃成型刀。为此而设计的单刃扎槽刀，很好地完成了零件的加工。 (2)特殊刀具的设计 上面分析了数控机床的使用简化了刀具设计，然而并不是说数控加工的刀具简单。因为数控机床承担的是那些普通机床加工困难，甚至无法加工的各种特殊的零件。 加工实例如图3，用粗实线表示。 曲面进行连续加工，没有现成的刀具可供选择，需要专门设计。设计时要考虑曲面的组成，走刀路线、最小圆弧、凹凸变化、是否会发生干涉等因素。考虑到曲面加工是未来数控加工的方向，针对此曲面加工，设计了3种刀具，其刀具结构如图4、图5、图6所示。 其中图4、图5已加工出实物。并用图4所示的刀具对零件 试切，达到了连续加工的目的。 2 数学处理阶段 2.1 计算工作 通常情况下，零件图的坐标选取与加工程序中的坐标选取不一致，这时就需要对坐标进行换算，同时零件图所给出的尺寸并不一定是程序所需要的这时要根据机床特点，计算出程序所需的坐标。对于那些比较复杂的由直线、圆弧所组成的曲面要计算出直线的起点和终点、圆弧起点和终点、圆心坐标。 2.2 刀具刃心的运动轨迹分析 现在大多数数控机床 的数控系统具有补偿功能，可以按照零件图的轮廓直 接编程。但是，加工中常常会出现特殊情况，特别是加工连续曲面时，刀具与工件容易发生干涉(发生碰撞)，有时刀具补偿功能无法使用，这时就必须对刀具刃心 的运动轨迹进行分析。 仍以图3零件为例进行分析： 使用设备：绍布林加工中心。 (1)半圆弧刀加工的刃心运动轨迹根据刀具的运动性质和加工路线的分析，我们找到了刀具刃心运动轨迹与零件轮廓之间的对应关系，是一组与零件轮廓对应的平行线段、同心圆、偏心圆所组成的连续曲线，其对应关系如图7所示。 (2)双圆弧刀加工的刃心轨迹 刀具结构如图8。 分析结论与半圆弧刀相同。刀具圆心的轨迹点 3 程序阶段 程序是数控机床唯一能够识别的语言，它向机床 发出一条一条加工指令，控制着机床的每一步骤，程 度的好坏直接影响到加工的质量和效率。这就需要在 全面了解机床性能，加工的每一环节以及必要的相关 知识的基础上，通过不断的实践，提高编程技能。 3.1 合理使用数控机床的固有程序 数控机床性能的不断提高，不仅仅体现在机械 性能方面，而且更重要的是体现在软件的服务功能 上。对于一般的加工内容，系统中都备有成熟的加工 程序。合理选用系统的固有程序为加工服务，是编程 工作中一项很重要的工作。 3.2 程序管理 按照刀具轨迹或数据处理得到的数据及有关文 件，根据数控机床特定的指令代码，编写零件的加工 程序，它记录着各种信息，不仅包含着加工方法，加 工决窍，而且还反映出一个单位的加工能力和加工 水平。应该使其作为一个特殊的技术文件妥善保管 并存档。对于编程人员，可调用此技术文件减小工作 量；对于生产管理者，可有效控制生产过程。通常情况 下，是把常用的程序输到计算机控制系统。对常用零 件的加工程序，记录下各个程序的零件名称。对于不 常用的程序，要用书面的形式记录下来。对程序中容 易出现问题的地方加上必要的说明，以备将来使用。 3.3 巧用参数编程解决实际加工问题 零件的加工内容：内孔及圆弧底面。 所用设备：上海数控仪表车床。 在加工一般圆弧时，通常采用调用G66方式循环程序，其刀具运动轨迹如图9，实际加工中发现，由于刀具刀尖强度比较弱，刀具运动到尖角处，刀具双向受力，刀具耐用度很差。工艺分析结果，最好采用如图10的加工路线。这时如果采用直接编程，每次进刀都要计算出刀具轨迹。由于刀具刚性很差，需要多次分刀加工。如果想改变吃刀量，还要重新计算。为此，我们利用参数编程，很好地解决了零件内孔及圆弧面的加工。 4 结束语 数控加工中关键因素的分析，为合理有效的提 高数控机床的利用率提供了可行的依据。其应用可 有效保证数控机床的加工精度及良好的加工效果。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (12/6/2004)