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的運(yùn)動軌跡和方向,即刀具從對刀點開始運(yùn)動起,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,又可以減少空刀時間,提高加工效率。
此外,確定加工路線時,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,來完成整個加工過程。實現(xiàn)合理的加工進(jìn)給路線,除了依靠大量的實踐經(jīng)驗外,還應(yīng)善于分析總結(jié),必要時輔助一些簡單的計算。
對刀點,就是在數(shù)控機(jī)床上加工零件時,刀具相對于工件運(yùn)動的起點,又稱為程序起點或起刀點,數(shù)控加工過程中常常需要換刀,為了避免換刀時碰傷工件,編程時要設(shè)置一個換刀點,換刀點可以是某一個固定點,也可以是任意一點。在編程時,合理選擇“對刀點”和“換刀點”的位置,則可以有效縮短刀具在對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)行粗車時的進(jìn)給路線,考慮精車換刀方便,圖1(a)中換刀點與起刀點重合,設(shè)在距離毛坯較遠(yuǎn)的A點位置,圖1(b)則是將起刀點與對刀點分離,并設(shè)于圖B點位置,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間要比圖1(a)短。
圖1 巧設(shè)對(換)刀點
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,應(yīng)同時兼顧到被加工零件的剛度及加工的工藝性等要求。
圖2 粗車進(jìn)給路線示例
如圖2所示為3種粗加工時,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,其切削所需時間最短,刀具的損耗最少。
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,但需要計算錐距S,以確定B點坐標(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較長。
如圖4所示,數(shù)控車床加工凹弧時常用的進(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;精車余量最均勻為同心圓法。通過以上分析可以得出,數(shù)控車床在加工凹弧時,一般選用同心圓法。
圖4 車凹弧加工路線分析
如圖5所示為車削大余量工件的兩種加工路線,(a)圖是錯誤的階梯切削路線;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。因為在相同的背吃刀量的條件下,(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
數(shù)控機(jī)床車螺紋時,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)床拖動系統(tǒng)的動態(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,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 車削螺紋時引入、超越距離
數(shù)控車床的加工中,根據(jù)實際情況,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)省整個加工過程的執(zhí)行時間,還可以減少一些不必要的刀具磨損以及機(jī)床消耗。在實際加工中應(yīng)注意分析、研究、總結(jié),不斷積累經(jīng)驗,提高指定加工方案的水平,對實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)具有重要意義。
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