浅谈数控铣床对刀和加工程序的简化

  摘 要:在数控铣床上进行轮廓加工时,因为刀具的半径使刀具中心(刀心)轨迹和工件轮廓不重合,如不考虑刀具半径,直接按照工件轮廓编程,就会造成加工出的零件尺寸比图样要求有一个刀具半径的尺寸之差,为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径,这就是所谓的刀具半径补偿指令。应用刀具半径补偿功能时,只需按工件轮廓轨迹进行编程,然后将刀具半径值输入数控系统中,执行程序时,系统会自动计算刀具中心轨迹,进行刀具半径补偿。   关键词:数控 加工中心 车床 数控 机床坐标系 工件坐标系   中图分类号:TG547 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)12(c)-0049-01   数控机床加工时的刀具磨损,系统无法发现并调整,但仍依据存储的数据进行加工,那么生产出的工件整体尺寸偏大,甚至超出误差允许范围,因此零件必须返工,但返工重新装夹和对刀绝对存在误差和定位精度问题,得不偿失。这里就经常涉及刀具的半径及长度补偿问题进行探讨。   1 简化对刀步骤   数控铣床上的毛坯件从X、Y轴所在的横截面来看,大体可分圆柱型和立方型。数控铣床的对刀方法较复杂一些。如果要加工的是圆柱形工件,那么工件的寻找X、Y轴的0点位置就需要使用百分表对中,即刀具中心轴线对准圆柱形工件的中心轴线(较简单,不详述)。如果工件是立方体的,那么就必须寻找出立方体在X、Y轴组成的平面内截面的中心线交点。   1.1 寻找工件坐标系X0位置   试切时,1号位为刀具中心在工件的X轴负方向的位置,2号位是刀具中心在X轴正方向的位置,1号位和2号位刀具所在的机床坐标系绝对位置都由面板显示出来,2号位减去1号位的位置参数除以2就是X轴方向的工件坐标系原点位置。而简便的方法就是将1号位确定后,在面板上的相对坐标上将工件坐标系X值改成0,然后再寻找2号位,2号位的相对坐标就是2到1的距离L,那么L/2就是工件坐标系X轴的原点位置,再将刀具移动到机床坐标系上L/2的坐标处,将工件坐标系上X轴的值改成0,就这样可以方便的找到工件坐标系X0的位置。   1.2 寻找工件坐标系Y0位置   同X轴寻找工件坐标系X0的位置方法,在此不再赘述。   1.3 寻找工件坐标系Z0位置   一般来说,我们可以忽略数控铣床上刀具的长度值,将刀具试切到工件上表面时的Z向距离设置为0,直接忽略刀具的长度。在换刀后其他刀具寻找Z0点位时,只需要通过寻找上表面,并将Z向距离直接设置为0,就可以使用了,这时X0和Y0继续使用原来刀具的值,因为主轴的X0和Y0是没有变化的。   2 虚拟刀具半径在简化加工程序中的应用   一个毛坯工件,如果待加工量较大,需要多次相似形状的循环加工铣削时,若将相似形状的工件多次加工程序每次执行一遍,编程和加工的效率明显不高。完全可以用一把铣刀,虚拟出多把不同直径的铣刀,将成型轮廓线的程序设置为子程序(子程序必须使用相对坐标),在调取不同虚拟刀具半径参数的同时来调用子程序,可以达到避免重复编程的目的。假设需要铣削的零件毛坯为圆,半径为D1,刀具半径为R,每次铣削量为E(E小于2R),铣削N次后,最终铣削到半径为DN的圆。这样加工路径就会分成N个轮廓,这N个轮廓除边界都是平行且相似的,每次工艺路线都是半径为DN的圆轮廓线,只是每次调用的是虚拟出的不同的刀具半径。系统认为刀具每次切削的是成型轮廓线,而事实则不是。   2.1 外轮廓铣削每次虚拟刀具半径   第1次:切削后剩下轮廓半径为D1-E,则本次虚拟编程刀具半径为:D1-E-DN+R;   第2次:切削后剩下轮廓半径为D1-2E,则本次虚拟编程刀具半径为:D1-2E-DN+R;   ……   第1次:切削后剩下轮廓半径为D1-iE,则本次虚拟编程刀具半径为:D1-iE-DN+R;   最后一次走刀的刀具半径必须为R,精加工余量若为e,可以将精加工余量e加在实际刀具半径R上,即粗加工的最后一次的刀具编程半径=R+e。   2.2 内轮廓相似形状多次铣削   第1次:切削后的内轮廓半径为D1+E,则本次虚拟编程刀具半径为:DN-E-D1+R;   第2次:切削后剩下轮廓半径为D1+2E,则本次虚拟编程刀具半径为:DN-2E-D1+R;   ……   第i次:切削后剩下轮廓半径为D1+iE,则本次虚拟编程刀具半径为:DN-iE-D1+R;   最后一次走刀的刀具半径必须为R,精加工余量若为e,可以将精加工余量e加在实际刀具半径R上,即粗加工的最后一次的刀具编程半径=R+e。   以上两种方式可以使编程依据成型轮廓编制子程序,将粗加工和精加工不同刀具半径及虚拟刀具半径存入寄存器中,就可以使用一个子程序调用多个不同刀具半径达到简化加工程序的目的。   3 使用刀具半径补偿注意事项   (1)建立和取消刀具半径补偿时,刀具的移动面不能涉及第三个平面,且移动距离应大于半径补偿值。   (2)内轮廓铣削时,最小轮廓尺寸加精加工余量必须大于或等于刀具半径,否则将产生过切。   (3)补偿量应该足够,不能让刀具和工件在补偿和撤销过程中互相干涉。   4 结语   刀具半径补偿是数控机床上应用比较频繁的指令,离开该指令数控铣床很难加工出复杂且高精度的零件。要想在数控铣床上编制出更加合理和完善的程序,最重要的就是要很好的掌握和利用刀具补偿功能。该文是根据实际应用过程中的一些技巧和常用方法的简单总结,很多编程技巧方面有待我们更加深入的了解。目前,建模软件和自动加工的普及让手动编程相形见绌,建模软件和数控系统的机机对话使得人机对话只是体现在工艺路线的制定上,那么在编制工艺路线的时候,简化路线其实就是一种方法。我们现阶段的操作员和工艺员的专业素养是达不到在系统和设备方面改进的,为了尽最大限度的提高生产力,很多的细节值得我们去探索。了解特性之后,简化使用就是一个大工程。   参考文献   [1] 陈洪涛.数控加工工艺与编程[M].北京:高等教育出版社,2003.   [2] 廖慧勇.数控加工实例教程[M].四川:德阳工程技术学院数控培训中心,2005.   [3] 赵长明,刘万菊.数控加工工艺与设备[M].北京:高等教育出版社,2003.   [4] 马有良.数控技术[M].四川:西南科技大学,高等学校教学用书(自编教材).


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