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        數(shù)控車床加工工藝進(jìn)給路線的研究

        2011-03-28 03:57:00李瑞斌
        裝備制造技術(shù) 2011年8期
        關(guān)鍵詞:刀量同心圓數(shù)控車床

        李瑞斌

        (太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院,山西 陽泉 045000)

        在數(shù)控機(jī)床車床加工中,加工進(jìn)給路線,也就是走刀路線,是指數(shù)控機(jī)床在加工過程中刀具刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向,即刀具從對(duì)刀點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)起,直至結(jié)束加工所經(jīng)過的路徑,包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工進(jìn)給路線,不僅包括了工步的內(nèi)容,而且也反映出工步的順序,是編寫數(shù)控加工程序的依據(jù)之一。加工路線的確定,首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面品質(zhì),其次要考慮數(shù)值計(jì)算簡單,走刀路線要盡量短,這樣既可以減少程序段,又可以減少空刀時(shí)間,提高加工效率。

        此外,確定加工路線時(shí),還要考慮工件的加工余量和機(jī)床、刀具的剛度等情況,確定是一次進(jìn)給,還是采用多次進(jìn)給,來完成整個(gè)加工過程。實(shí)現(xiàn)合理的加工進(jìn)給路線,除了依靠大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)外,還應(yīng)善于分析總結(jié),必要時(shí)輔助一些簡單的計(jì)算。

        1 巧設(shè)對(duì)(換)刀點(diǎn)

        對(duì)刀點(diǎn),就是在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí),刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn),又稱為程序起點(diǎn)或起刀點(diǎn),數(shù)控加工過程中常常需要換刀,為了避免換刀時(shí)碰傷工件,編程時(shí)要設(shè)置一個(gè)換刀點(diǎn),換刀點(diǎn)可以是某一個(gè)固定點(diǎn),也可以是任意一點(diǎn)。在編程時(shí),合理選擇“對(duì)刀點(diǎn)”和“換刀點(diǎn)”的位置,則可以有效縮短刀具在對(duì)刀和換刀過程中的空行程距離,提高加工效率。

        如圖1所示采用矩形循環(huán)加工方式進(jìn)行粗車時(shí)的進(jìn)給路線,考慮精車換刀方便,圖1(a)中換刀點(diǎn)與起刀點(diǎn)重合,設(shè)在距離毛坯較遠(yuǎn)的A點(diǎn)位置,圖1(b)則是將起刀點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)分離,并設(shè)于圖B點(diǎn)位置,兩者加工進(jìn)給路線相同。在相同的背吃刀量下,顯然按圖1(b)方式加工刀具空行程時(shí)間要比圖1(a)短。

        圖1 巧設(shè)對(duì)(換)刀點(diǎn)

        2 最短的切削進(jìn)給路線

        數(shù)控車削加工過程中,如何使刀具進(jìn)給路線最短,可以有效地條生產(chǎn)效率,降低刀具的損耗等。在安排粗加工或半精加工的切削進(jìn)給路線時(shí),應(yīng)同時(shí)兼顧到被加工零件的剛度及加工的工藝性等要求。

        2.1 沿外形輪廓車削進(jìn)給路線安排

        圖2 粗車進(jìn)給路線示例

        如圖2所示為3種粗加工時(shí),不同切削進(jìn)給路線的安排,圖2(a)表示利用數(shù)控系統(tǒng)具有的封閉式符合循環(huán)功能控制刀具,沿著工件輪廓進(jìn)行進(jìn)給路線,圖2(b)利用程序循環(huán)功能安排三角形進(jìn)給路線,圖2(c)利用其矩形循環(huán)功能安排的矩形進(jìn)給路線。

        從以上3種切削進(jìn)給路線,經(jīng)分析和判斷后可知,矩形進(jìn)給路線的進(jìn)給總長度和最短。因此,在同等條件下,其切削所需時(shí)間最短,刀具的損耗最少。

        2.2 車圓錐加工路線分析

        數(shù)控車床上車外圓錐,假設(shè)圓錐大徑為D,小徑為d,錐長為L,車圓錐的加工路線如圖3所示。

        圖3 車錐加工路線分析

        圖3(a)中加工路線與輪廓線平行,加工路線短,切削均勻,效率高,但需要計(jì)算錐距S,以確定B點(diǎn)坐標(biāo)值。由三角形關(guān)系

        圖3(b)中加工路線為斜線,加工不需要計(jì)算錐距S,只要確定背吃刀量ap就可以,編程方便簡單,但每次切削背吃刀量ap是變化的而且加工路線相對(duì)較長。

        2.3 加工凹弧進(jìn)給路線分析

        如圖4所示,數(shù)控車床加工凹弧時(shí)常用的進(jìn)給路線有同心圓法、等徑法、三角形法和梯形法等數(shù)種方法,其中程序段數(shù)最少的,為同心圓及等徑法;走刀路線最短,為同心圓,其次是三角形、梯形法、等徑法;計(jì)算最簡單,為等徑法其次為同心圓法、三角形法、梯形法;切削效率最高,切削力分布最合理為梯形法;精車余量最均勻?yàn)橥膱A法。通過以上分析可以得出,數(shù)控車床在加工凹弧時(shí),一般選用同心圓法。

        圖4 車凹弧加工路線分析

        3 大余量毛坯的階梯切削進(jìn)給路線

        如圖5所示為車削大余量工件的兩種加工路線,(a)圖是錯(cuò)誤的階梯切削路線;圖(b)按 1~5的順序切削,每次切削所留余量相等,是正確的階梯切削路線。因?yàn)樵谙嗤谋吵缘读康臈l件下,(a)圖的方式加工所剩的余量過多。

        圖5 大余量毛坯的階梯切削加工路線分析

        4 車削螺紋加工路線

        數(shù)控機(jī)床車螺紋時(shí),沿螺距方向的Z向進(jìn)給,應(yīng)和數(shù)控機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速度比關(guān)系,因此應(yīng)避免在進(jìn)給機(jī)構(gòu)加減速過程中的切削。為此要有引入距離 δ1和超越距離 δ2。如圖 6所示,δ1和 δ2的數(shù)值與機(jī)床拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān),與螺紋的導(dǎo)程和螺紋的精度有關(guān)。其數(shù)值可由主軸轉(zhuǎn)速和螺紋導(dǎo)程來確定:

        式中,

        n為主軸轉(zhuǎn)速(r/min);

        P為螺紋導(dǎo)程(mm)。

        一般δ1為2~5mm,對(duì)大螺距和高精度的螺紋取最大值;δ2一般取δ1的1/4左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時(shí),收尾處的形狀與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān),一般按45°退刀收尾。

        圖6 車削螺紋時(shí)引入、超越距離

        5 結(jié)束語

        數(shù)控車床的加工中,根據(jù)實(shí)際情況,在保證加工品質(zhì)的前提下,合理安排進(jìn)給路線,使加工程序具有最短的進(jìn)給路線,不僅可以簡化程序編制節(jié)省整個(gè)加工過程的執(zhí)行時(shí)間,還可以減少一些不必要的刀具磨損以及機(jī)床消耗。在實(shí)際加工中應(yīng)注意分析、研究、總結(jié),不斷積累經(jīng)驗(yàn),提高指定加工方案的水平,對(duì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)具有重要意義。

        [1]華茂發(fā).數(shù)控機(jī)床加工工藝[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

        [2]張超英,羅學(xué)科.數(shù)控機(jī)床加工工藝、編程及操作實(shí)訓(xùn)[M].北京:高等教育出版社,2003.

        [3]王 洪.數(shù)控加工編程編制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

        [4]杜國臣.數(shù)控機(jī)床編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

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