陳淳輝,胡金成,張 偉
(海軍蚌埠士官學(xué)校,安徽 蚌埠 233012)
數(shù)控車床由于具有高效率、高精度和高柔性的特點(diǎn),在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用,成為目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。如何高效、合理、按質(zhì)按量完成工件的加工,充分發(fā)揮數(shù)控車床的作用,關(guān)鍵在于編程。而對于編程,每個從事該行業(yè)的工程技術(shù)人員或多或少都有自己的經(jīng)驗(yàn)。筆者從事數(shù)控教學(xué)、培訓(xùn)工作多年,積累了一定的經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)就數(shù)控車床零件加工中的編程技巧問題進(jìn)行一些探討。
進(jìn)給路線是刀具在加工中的運(yùn)動軌跡,即刀具從程序控制起點(diǎn)開始,直到結(jié)束加工程序后退刀返回該點(diǎn)及所經(jīng)過的路徑,是編寫程序的重要依據(jù)之一。合理確定進(jìn)給路線對于數(shù)控加工是很重要的。筆者認(rèn)為應(yīng)考慮以下幾個方面:
一是巧用起刀點(diǎn) (程序控制起點(diǎn))。在循環(huán)加工中,根據(jù)工件的實(shí)際加工情況,在確保安全和滿足換刀需要的前提條件下,使起刀點(diǎn)盡量靠近工件,減少空走刀行程,縮短進(jìn)給路線,節(jié)省在加工過程中的執(zhí)行時間。二是合理安排“回零”路線。在編制復(fù)雜輪廓的加工程序時,通過合理安排“回零”路線,使前一刀的終點(diǎn)與后一刀的起點(diǎn)間的距離盡量短,或者為零,以縮短進(jìn)給路線,提高生產(chǎn)效率。三是采用合適的循環(huán)加工方式。粗加工或半精加工時,毛坯余量較大,應(yīng)采用合適的循環(huán)加工方式,在兼顧被加工零件的剛性及加工工藝性等要求下,采取最短的切削進(jìn)給路線,減少空行程時間,提高生產(chǎn)效率。同時盡量減少換刀次數(shù),用一把刀具盡量加工完成相關(guān)工序。四是選擇工件在加工后變形較小的路線。對細(xì)長零件或薄板零件,應(yīng)采用分幾次走刀加工到最后尺寸,或采取對稱去余量法安排進(jìn)給路線。在確定軸向移動尺寸時,應(yīng)考慮刀具的引入長度和超越長度。
為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求,要合理選取起刀點(diǎn)、切入點(diǎn)和切入方式,保證切入過程平穩(wěn),沒有沖擊。精加工時,最終輪廓應(yīng)安排在最后一次走刀連續(xù)加工出來。認(rèn)真考慮刀具的切入和切出路線,盡量減少在輪廓處停刀,以避免切削力突然變化造成彈性變形而留下刀痕。一般應(yīng)沿著零件表面的切向切入和切出,盡量避免沿工件輪廓垂直方向進(jìn)、退刀而劃傷工件。
在實(shí)際的生產(chǎn)操作中,經(jīng)常會碰到某一固定的加工操作重復(fù)出現(xiàn),可以把這部分操作編寫成子程序,事先存入到存儲器中,根據(jù)需要隨時調(diào)用,使程序編寫變得簡單、快捷。對那些圖形一樣、尺寸不同或工藝路徑一樣、只是位置數(shù)據(jù)不同的系列零件的編程,可以采用子程序或宏指令編程,減少乃至免除編程時進(jìn)行煩瑣的數(shù)值計算,精簡程序量。
目前有很多數(shù)控車削方面的技術(shù)書籍,程序通過以G54代碼指令來建立工件坐標(biāo)系,即以G54 Xα Zβ作為程序首句。根據(jù)該指令,可設(shè)定一個坐標(biāo)系,使刀具的某一點(diǎn)在此坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為(Xα,Zβ)。采用這種方法編寫程序,對刀后,必須將刀移動到G54設(shè)定的既定位置方能進(jìn)行加工,找準(zhǔn)該位置的過程如下:
(1)裝刀后,裝夾好工件毛坯;
(2)主軸正轉(zhuǎn),手動切削工件右端面;
(3)Z軸不動,沿X軸釋放刀具,輸入G54 Z0,數(shù)控系統(tǒng)記憶該點(diǎn);
(4)主軸正轉(zhuǎn),將工件車削出一臺階;
(5)X軸不動,沿Z軸釋放刀具,停車測量車削出的工件臺階直徑,輸入G54 X(臺階直徑值),數(shù)控系統(tǒng)記憶該點(diǎn);
(6)MDI方式下,輸入 G00 Xα Zβ,刀具運(yùn)行至編程指定的程序原點(diǎn),再輸入G54 XαZβ,數(shù)控系統(tǒng)記憶該程序原點(diǎn)。
上述步驟中,步驟6即刀具定位在XαZβ處至關(guān)重要,否則,工件坐標(biāo)系就會被修改,無法正常加工工件。有加工經(jīng)驗(yàn)的人都知道,上述將刀具定位到XαZβ處的過程繁瑣,一旦出現(xiàn)意外,如X或Z軸無伺服,斷電等情況發(fā)生,系統(tǒng)只能重啟,重啟后系統(tǒng)失去對G54設(shè)定的工件坐標(biāo)值的記憶,“復(fù)位、回零運(yùn)行”不再起作用,需重新將刀具運(yùn)行至XαZβ位置并重設(shè)G54。如果是批量生產(chǎn),加工完一件后,回G54起點(diǎn)繼續(xù)加工下一件,在操作過程中稍有失誤,就可能修改工件坐標(biāo)系。鑒于上述程序首句使用G54建立工件坐標(biāo)系的種種弊端,筆者想辦法將工件坐標(biāo)系固定在機(jī)床上,將程序首句G54 XαZβ改為G00 Xα Zβ后,問題迎刃而解。其操作過程只需操作過程的前五步,即完成步驟 1、2、3、4、5 后,將刀具運(yùn)行至安全位置,調(diào)出程序,按自動運(yùn)行即可。即使發(fā)生斷電等意外情況,重啟系統(tǒng)后,在編輯方式下將光標(biāo)移至能安全加工又不影響工件加工進(jìn)程的程序段,按自動運(yùn)行方式繼續(xù)加工即可。上述程序首句用G00代替G54的實(shí)質(zhì)是將工件坐標(biāo)系固定在機(jī)床上,不再囿于G54 Xα Zβ程序原點(diǎn)的限制,不改變工件坐標(biāo)系,操作簡單,可靠性強(qiáng),可收到了意想不到的效果。
參考點(diǎn)是機(jī)床上的一個固定點(diǎn),通過參考點(diǎn)返回功能刀具可以容易地移動到該位置。參考點(diǎn)主要用作自動換刀或設(shè)定坐標(biāo)系,刀具能否準(zhǔn)確地返回參考點(diǎn),是衡量其重復(fù)定位精度的重要指標(biāo),也是數(shù)控加工保證其尺寸一致性的前提條件。實(shí)際加工中,巧妙利用返回參考點(diǎn)指令,可以提高產(chǎn)品的精度。對于重復(fù)定位精度很高的機(jī)床,為了保證主要尺寸的加工精度,在加工主要尺寸之前,刀具可先返回參考點(diǎn)再重新運(yùn)行到加工位置。如此做法的目的實(shí)際上是重新校核一下基準(zhǔn),以確定加工的尺寸精度。
延時G04指令,其作用是人為地暫時限制運(yùn)行的加工程序,除了常見的一般使用情況外,在實(shí)際數(shù)控加工中,延時G04指令還可以作一些特殊使用:
(1)大批量單件加工時間較短的零件加工中,啟動按鈕頻繁使用,為減輕操作者由于疲勞或頻繁按鈕帶來的誤動作,用G04指令代替首件后零件的啟動。延時時間按完成1件零件的裝卸時間設(shè)定,在操作人員熟練地掌握數(shù)控加工程序后,延時的指令時間可以逐漸縮短,但需保證其一定的安全時間。零件加工程序設(shè)計成循環(huán)子程序,G04指令就設(shè)計在調(diào)用該循環(huán)子程序的主程序中,必要時設(shè)計選擇計劃停止M01指令作為程序的結(jié)束或檢查。
(2)用絲錐攻中心螺紋時,需用彈性筒夾頭攻牙,以保證絲錐攻至螺紋底部時不會崩斷,并在螺紋底部設(shè)置G04延時指令,使絲錐作非進(jìn)給切削加工,延時的時間需確保主軸完全停止,主軸完全停止后按原正轉(zhuǎn)速度反轉(zhuǎn),絲錐按原導(dǎo)程后退。
(3)在主軸轉(zhuǎn)速有較大的變化時,可設(shè)置G04指令。目的是使主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,再進(jìn)行零件的切削加工,以提高零件的表面質(zhì)量。
對于大部分?jǐn)?shù)控車床來說,使用較長時間后,由于絲桿間隙的影響,加工出的工件尺寸經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。這時,我們可在粗加工之后,進(jìn)行一次半精加工消除絲桿間隙的影響。如用1號刀G71粗加工外圓之后,可在001刀補(bǔ)處輸入U0.3,調(diào)用G70精車一次,停車測量后,再在001刀補(bǔ)處輸入U-0.3,再次調(diào)用G70精車一次。經(jīng)過此番半精車,消除了絲桿間隙的影響,保證了尺寸精度的穩(wěn)定。
總之,為了充分發(fā)揮數(shù)控車床的作用,在編程時需要掌握一定的技巧,才能編制出合理、高效的加工程序,保證加工出符合圖紙要求的合格零件;才能使數(shù)控車床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮,使數(shù)控車床能安全、可靠、高效地工作。