劉福亮

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽(yáng)，550009)

1 引言

隨著數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，使得數(shù)控車床加工更加的便捷快速。數(shù)控技術(shù)集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。復(fù)合加工作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，是目前國(guó)際上機(jī)械加工領(lǐng)域最流行的加工工藝之一，能夠縮短工藝鏈，減少零件裝夾次數(shù)，提高零件的生產(chǎn)效率。在復(fù)合加工中，應(yīng)用最廣泛、難度最大的就是車銑復(fù)合加工。總的來(lái)看，車銑復(fù)合零件的加工并不是簡(jiǎn)單的車銑結(jié)合，而是需要考慮加工的先后次序和裝夾方案，以保證加工精度。

2 零件結(jié)構(gòu)分析及數(shù)控機(jī)床的選擇

某型號(hào)連接器外殼如圖1所示。零件材料為2AL2-T4，該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其主要加工難點(diǎn)為兩端的鍵和槽以及圓柱面上的螺旋槽，具有一定的位置關(guān)系，要求車床一次加工成形，普通數(shù)控機(jī)床無(wú)法加工，因此采用雙主軸雙刀塔車銑加工中心(見圖2)來(lái)進(jìn)行加工。該機(jī)床采用FANUC 18i 控制系統(tǒng)，兩端可實(shí)現(xiàn)不同工藝同時(shí)加工，工件不停車對(duì)接。

圖1 某連接器外殼部分圖

圖2 雙主軸雙刀塔車銑加工中心

采用如圖2所示的車銑復(fù)合機(jī)床具有很多優(yōu)勢(shì)，比如：縮短產(chǎn)品制造工藝鏈，提高生產(chǎn)效率。可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成全部或者大部分加工工序，從而大大縮短產(chǎn)品制造工藝鏈；減少裝夾次數(shù)，提高加工精度。裝夾次數(shù)的減少避免了由于定位精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致的誤差積累。從而提高產(chǎn)品的加工精度；占地面積少，降低生產(chǎn)成本。雖然車銑復(fù)合加工設(shè)備的單臺(tái)價(jià)格比較高，但由于制造工藝鏈的縮短和產(chǎn)品所需設(shè)備的減少，以及工夾具的減少，能有效降低生產(chǎn)運(yùn)作和管理成本。

3 加工程序的編制

3.1 切削循環(huán)程序的編制

FANUC系統(tǒng)中最常用的循環(huán)指令就是G70、G71兩個(gè)。其中，G71指令是外圓粗車復(fù)合循環(huán)指令，適合于棒料為毛坯且軸向和徑向尺寸單調(diào)遞增的軸類零件。該軸類零件上包含比較復(fù)雜的外圓.臺(tái)階.圓弧過渡等特征的輪廓。只需要按照輪廓編程，在程序中給出精加工走刀軌跡即可，這樣可以達(dá)到有效簡(jiǎn)化程序的目的，最大限度地減少編程工作量。能夠正確應(yīng)用該指令完成單件加工和批量加工對(duì)提高加工效率有著非常重要的意義。

G71指令只需指定粗加工背吃刀量、精加工余量和精加工路線，系統(tǒng)便可自動(dòng)給出粗加工路線和加工次數(shù)，完成各外圓表面的粗加工。如圖3所示，其加工程序如下。

圖3 連接器外殼外圓加工

G97S1500M13

M98P1

T0101

G0X75.0 Z5.0

G71U2.0R0.5

G71P111Q222U0.5W0.1F0.5

N111G0X20

GIG99Z0.F0.1

X45，C0.5

Z-25

X70

Z-30

N222X75

G70P111Q222

M98P1

M30

在代碼“G70P111Q222”中，P表示精加工循環(huán)程序的開始程序段號(hào)，此程序段控制工件需作精加工的路徑；Q表示精加工循環(huán)程序的結(jié)束程序段號(hào)，此程序段控制工件需作精加工的路徑。

3.2 極坐標(biāo)插補(bǔ)的程序編制

數(shù)控車床一般只能加工回轉(zhuǎn)體類零件，而要在回轉(zhuǎn)體類零件的端面加工孔系、矩形輪廓、矩形槽等形狀，則不能直接在數(shù)控車床上加工，只能再由數(shù)控銑床繼續(xù)加工，這樣將影響零件的加工精度和增加零件的加工時(shí)間、降低生產(chǎn)效率。而在車削中心上加工此類零件就比較方便，車削中心是在原有直角坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，增加了個(gè)極坐標(biāo)功能，使得機(jī)床能夠把回轉(zhuǎn)類零件和它端面的矩形輪廓或矩形槽在一次裝夾中連續(xù)加工完成。

極坐標(biāo)插補(bǔ)功能是將輪廓控制由直角坐標(biāo)系中編程的指令轉(zhuǎn)換成一個(gè)直線軸運(yùn)動(dòng)(刀具的運(yùn)動(dòng))和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)(工件的回轉(zhuǎn))。需要主軸和安裝在轉(zhuǎn)塔刀架上的自驅(qū)動(dòng)刀具作同步運(yùn)動(dòng)，并在工件表面進(jìn)行銑削加工，用G112指令命令極坐標(biāo)插補(bǔ)。

極坐標(biāo)插補(bǔ)法準(zhǔn)則：G112有效時(shí)，不允許G00定位。使用圓弧插補(bǔ)時(shí)，G02或G03圓弧的半徑用R進(jìn)行規(guī)定。命令C軸之前，必須啟動(dòng)M23。命令極坐標(biāo)之前，應(yīng)將主軸定向到0度。Z軸運(yùn)動(dòng)與極坐標(biāo)插補(bǔ)無(wú)關(guān)。使用極坐標(biāo)時(shí)，C軸指令的單位為英寸或毫米，而不是度。當(dāng)G112極坐標(biāo)插補(bǔ)有效時(shí)，不允許程序重新啟動(dòng)和程序段重新啟動(dòng)。編程是X為直徑，而C為半徑。

如圖4加工一個(gè)50mm的方,四角倒R4園角,起點(diǎn)在C0開始切削，程序如下：N1

圖4 外殼銑方

M98P1

T0808,

G10P0Z#500M66

M53S1500

X80.Z-25.0

M23

C0.

G1G112

G1G41G98X50.0C-26.0F200

C-21.0

G2X42.0C-25R4.0

G1X-42.0

G2X-50.0C-21R4.0

G1C21.0

G2X-42C25.0R4.0

G1X42.0

G2X50.0C21.0R4.0

G1C-26

Z5.0F500.0

G40

G113

M24

M98P1

M30

3.3 圓柱面插補(bǔ)的程序編制

數(shù)控車床一般加工回轉(zhuǎn)體零件，而要加工出回轉(zhuǎn)零件外輪廓上的螺旋槽、異性槽等形狀，則不能直接由數(shù)控車床加工完成，只能再有具有旋轉(zhuǎn)軸的加工中心裝夾找正后繼續(xù)加工，這將影響零件的加工精度和增加零件的加工時(shí)間，車銑復(fù)合加工中心利用圓柱面插補(bǔ)功能則可輕松地解決此難題。

圓柱面(G107)用來(lái)在工件上進(jìn)行仿形銑削加工。Z和C用來(lái)規(guī)定運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)。采用圓柱面插補(bǔ)時(shí)，C以度進(jìn)行編輯，C還用來(lái)規(guī)定啟動(dòng)圓柱面插補(bǔ)的G107程序段中的零件半徑。X用來(lái)對(duì)切削深度進(jìn)行編輯。

極坐標(biāo)插補(bǔ)法準(zhǔn)則：圓柱展開平面被視為G19轉(zhuǎn)軸，編程前必須進(jìn)行加工平面的選擇。G107有效時(shí)，不允許G00定位。使用圓弧插補(bǔ)時(shí)，G02或G03圓弧的半徑用R進(jìn)行規(guī)定。命令C軸之前，必須啟動(dòng)M23。命令圓柱面插補(bǔ)之前，應(yīng)將主軸定向到0度。使用極坐標(biāo)時(shí)，H用來(lái)對(duì)遞增的C軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行編輯。當(dāng)G107圓柱面插補(bǔ)有效時(shí)，不允許程序重新啟動(dòng)和程序段重新啟動(dòng)。

根據(jù)以上圓柱面插補(bǔ)方法，該零件需要在圓柱面加工三螺旋槽，其展開圖如圖5所示，找出每?jī)牲c(diǎn)之間的距離，再通過公式換算出角度，計(jì)算公式如下：

圖5 圓柱面三螺旋槽展開圖

α=L/(2πr/360)

(1)

式中，α——角度；

L——兩點(diǎn)之間的距離；

π——圓周率≈3.14；

r——零件半徑。

其中，數(shù)控程序如下：

N8

M98P1

T0808,

G10P0Z#500M66

M53S1500

M23

G19

G0G98Y0.Z4.0 C0.

C0.

X65.

G107C27.5

G1G41G98X54.4F200

H-17

Z-0.4

Z-3.01H-10.9

G2Z-5.71H-17.1R16.0

G1Z-10.5H-70.7

H-4.3

Z2.

H-9.7

Z-13.43

Z-9.86H81.3

G3Z-6.53H21.1R19.8

G2Z-5H8.8R4.0

G1H18.5

Z2.

X60.F2500.

G107C0.

G0X65.

M16

M9

M55

M98P1

M30

該程序?yàn)橐粋€(gè)螺旋槽程序，由于采用的是增量編程，只需要將程序改成子程序，調(diào)用三次即可完成螺旋槽的加工。

4 結(jié)論

綜上所述，如何根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及車銑復(fù)合數(shù)控車床的工藝特點(diǎn)進(jìn)行加工分析，選擇合理的刀具，快速將數(shù)控程序編制完成，是實(shí)現(xiàn)高效精密加工的關(guān)鍵。針對(duì)文中零件加工難點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)極坐標(biāo)插補(bǔ)編程和圓柱面插補(bǔ)編程進(jìn)行了一系列探究，提出了自己的見解，使其在實(shí)際加工過程中具有一定的參考價(jià)值。