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数控冲程序设计工艺过程分析与处理 |
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作者：中国电子科技集团公司第20研究所 王巍 |
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随着冲压设备的发展，数控冲裁加工工艺用得越来越多，本文通过研究和分析数控冲加工的工艺特点，提出了在数控冲的程序设计中应当注意的一些事项，并以相应的实例阐述了具体完成各项工作的正确方法。文章作者实际经验很丰富，因些文章具有很强的实用性。
数控冲床是按照事先编制好的加工程序，自动地对钣料进行冲裁加工的设备。理想的加工程序不仅应能保证加工出符合设计要求的合格零件，同时也应能使数控冲床得到合理的应用并使其性能得到充分的发挥。
进行数控程序设计时，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，然后拟定加工方案、制定正确合理的加工工艺过程，还要选择合适的模具及加工速度。在数控程序的设计中，更应注意一些程序设计的工艺方法。如果忽视了一些工艺细节问题，有时即使加工程序是正确的，但由于程序的工艺方法不合理，也根本无法加工出合格的零件，更有甚者，会造成机床的报警及损害。
本文将就数控冲程序设计中常见的问题进行剖析，并针对具体问题给出相应的解决办法。
一、数控冲裁程序设计工艺过程分析
1. 选择合适的编程基准
数控冲床在加工中，都是以机床的原点为定位基准的，一般情况下，也是以这个基准为编程基准。但是有时选择合适的编程基准，可以大大降低程序设计中的数值计算，减少程序段和编程工作量，增加程序的可读性及可修改性，减少程序设计中的错误。编程基准可以选择在零件或机床的任何位置，但必须与零件的定位基准有确定的关系。为了保证加工精度，减少程序设计中的计算量，编程基准应尽量选择在设计基准或工艺基准上。
例如，图1中的O点是机床原点，对于这个零件，如果将编程基准置于Oa点，由于此零件的多数型孔以Y方向对称，那么Y方向坐标尺寸的计算将变得非常简单，而且如果Y方向的展开尺寸有变化时，程序的修改也比较容易，只需再次确定Oa点的位置即可完成程序的修改。
2. 工序最大限度集中
为了充分发挥数控机床的优势，提高生产效率和保证加工质量，在数控冲床加工编程中应遵循工序最大限度集中的原则，即零件在一次装夹中，力求完成本台数控机床所能加工的全部型孔及外形的加工，防止出现重复定位误差。对于有些必须重复定位的零件，也应充分考虑重复定位的方法，而且在出现重复定位的情况下，也应使有相关尺寸的孔尽量在一次加工定位中能够完成，如图1中8-Ф6.0及方孔(120mm×80mm)等。因为作为一组有关联尺寸要求的型孔，如果分两次定位来加工完成，就极有可能出现加工误差，无法保证关联尺寸的要求，达不到零件要求的尺寸精度。
3. 合理地选择换模次序及走刀路线
在数控冲床的程序设计中，应当选择合理的换模次序，其一般原则是：先圆孔后方孔，先小孔后大孔、先中间后外形。同时一套模具在选用以后，出于缩短加工时间的考虑，应该完成其在这个零件上的所有需要加工的型孔。在合理选择换模次序的同时也应该选取模具的最佳走刀路线，以减少空行程，提高生产效率，并保证机床安全可靠的运行。
在图2中，都是从左下角的第一个孔开始加工，a图（G37）的走刀路线是沿Y方向迂回往返加工，这样不但加工时间比较长，而且在网孔的数控冲加工中由于残余应力的存在，必然引起钣料的变形，再以 Y方向迂回加工，极有可能使得钣料与机床的上下转盘发生碰撞、卷料，构成极不安全的隐患。如果以b图（G36）的方式加工，不但加工时间比较短，而且由于以X方向迂回加工，使得钣料的变形部分在加工的过程中逐步退出上下转盘之间，极大地降低了钣料与机床发生碰撞、卷料的危险。
a) G37
b) G36
图2 走刀路线选择
4. 合理的夹钳位置及移位方式
数控冲床每一次夹钳定位都有一定的加工范围， 如我所的PEGA-345，一次夹钳定位的加工范围是：X方向1270mm，Y方向1000mm。当在X方向超过这个行程时，就必须通过夹钳移位来完成其余的加工。夹钳移位时，首先，压料块压住钣料，夹钳松开，夹钳移动到指定的位置，再次夹紧，继续加工。
数控冲在加工中，由于毛坯料的定位边直线度不好，夹钳位置、压料块的位置不当，外形加工时很容易出现台阶，各个型孔距边的尺寸公差也难以保证，如图3所示。
笔者通过长期的编程实践及生产实际操作，总结出了以下几点经验。
(1)要尽可能地保证定位边良好的直线度，在必要的情况下，可以在数控剪床上再次精裁一刀；
(2)第一次的夹钳位置应尽可能的大，以使夹钳夹持得更加平稳、可靠；
(3)可在不移位的情况下加工的孔，应尽可能地一次加工完成；
(4)有相关尺寸的孔，应尽量在一次移位中加工完成；
(5)为使钣料有良好的刚性，应适当地多留一些微连接；
(6)压料块的位置：Y方向应压在钣料的中心位置，而在X方向应压在偏向夹钳要移动的位置。
只要做到以上几点，就可以很好地克服夹钳移位带来的一系列问题，保证零件加工的合格。
5. 合理的排料方式
对于中小型零件的数控冲加工，为了缩短辅助加工工时，节约加工时间，提高材料的利用率，一般采用排版加工程序。排版加工程序可以分为自动排版与人工排版两种。
自动排版的优点是只须由编程者编辑出单个程序，然后由软件自动生成排版程序，省时、省力，而且走刀路线、换模次序较为合理。但是，这样做有两大弊病：
(1)不能严格地执行首件加工
排版程序加工时，由于是批量加工，因此必须进行首件检验。但是，当按下工控柜上的“FIRST”键时，并不能完整地加工出第一个零件。这样就给首件检验带来了一定的难度，容易造成批量报废。
(2)自动排版的编辑性差
由于自动排版产生的程序可阅读性和可编辑性较差，当加工中途出现程序错误、机床报警、卷料以及其他情况而使机床急停时，在解除报警、消除隐患后很难再继续加工。
鉴于上述的原因，我们一般采用人工排版的办法。其格式为:
G98Xxa Yya Icx JcyPnx Kny ；排版设置
U00
… ；程序段
V00
G75(G76) W00 Q0 ；程序段调用
……
只要我们合理安排换模次序及走刀路线，人工排版可以与自动排版相媲美，而且完全可以消除上述两大弊端。而且，当钣料规格不统一时，对钣料上要加工的零件数量的改变，只需改变G98XxaYyaIcxJcyPnxKny中的P 、K值，就可以轻松地完成对程序的修改。
6. 数控程序良好的可读性、可修改性
数控程序的设计方法有两种：手工编程及自动编程。手工编程方法是指从分析零件图样、制定工艺规程、计算坐标点、编写零件加工程序直到程序的校核，整个的过程都是由人工完成的。对于零件不太复杂，坐标点的计算比较简单的情况，采用手工编程比较容易实现。但是对于外形比较复杂，坐标点的计算难度比较大的零件，就应该采用自动编程。自动编程是指从工艺处理、坐标点的计算直至程序生成、校核完全由计算机完成。与手工编程相比，自动编程的编程质量及效率大为提高。
不管是手工编程还是自动编程，所产生的数控程序都应做到程序结构清晰、语句规范、可读性好、可修改性强。特别是对于单件小批量数控生产，可能随时需要在机床工控柜上对程序进行修改、调整，程序的可读性和可修改性就显得格外重要。同时，为了简化编程及修改的工作，当某段加工工序和加工路线重复使用时，为缩短程序长度，应尽量使用子程序及宏指令，从而有利于数控加工编程工作的最优化。
二、总结
数控冲床的程序设计，不是一个单纯的将设计图纸转化为机床可以识别的代码的过程，优秀的数控冲编程人员首先应当是优秀的工艺设计人员和优秀的机床操作人员。他们对机床及机床的各项参数做到足够地了解，对所有的模具做到心中有数。程序设计时，应根据数控冲床的加工工艺特点，进行全面的分析，不仅要保证编制出正确的数控程序，更应保证加工出合格的零件，同时也应使数控冲床能得到合理应用和充分的发挥。(end)
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(1/12/2005) |
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