機械製造技術教程_8數控加工工藝

tags: 機械製造    時間:2014-03-07 13:51:42
機械製造技術教程_8數控加工工藝簡介
形狀、工夾具型號、規格和其他特殊要求的內容,以及標有數控加工坐標位置的工序圖等。而不能像用通用機床加工時,在大多數情況下對許多具體的工藝問題,由操作工人依據自己的實踐經驗和習慣自行考慮和決……
機械製造技術教程_8數控加工工藝正文

形狀、工夾具型號、規格和其他特殊要求的內容,以及標有數控加工坐標位置的工序圖等。而不能像用通用機床加工時,在大多數情況下對許多具體的工藝問題,由操作工人依據自己的實踐經驗和習慣自行考慮和決定。

2.數控加工工藝要求更嚴密、精確

數控加工不能像通用機床加工時,可以根據加工過程中出現的問題由操作者比較自由地進行調整。比如加工內螺紋時,在普通機床上操作者可以隨時根據孔中是否擠滿了切屑而決定是否需要退一下刀或先清理一下切屑再繼續加工。又如可以多次“試切”來滿足零件的精度要求。而數控加工過程,嚴格按規定尺寸進給,要求準確無誤。因此數控加工工藝設計要求更加嚴密、準確。

3.數控加工的工序相對集中

一般來說,在普通機床上加工是根據機床的種類進行單工序加工。而在數控機床上加工往往是在工件的一次裝夾中完成工件的鑽、擴、絞、銑、鏜、攻螺紋等多工序的加工。這種“多序合一”的現象也屬於“工序集中”的範疇,有時甚至在一台加工中心上可以完成工件的全部加工內容。

8.1.3 數控加工的工藝特點                                 

1.加工精度較高           

數控機床是高度綜合的機電一體化產品,是由精密機械和自動化控制系統組成的。其本身具有很高的定位精度,機床的傳動系統與機床的結構具有很高的剛度及熱穩定性。在設計傳動結構時採取了減少誤差的措施,並由數控進行補償,所以數控機床有較高的加工精度。更重要的是數控加工精度不受工件形狀及複雜程度的影響,這一點是普通機床無法與之相比的。

2.加工質量穩定可靠

    由於數控機床本身具有很高的重複定位精度,又是按所編程序自動完成加工的,消除了操作者的各種人為誤差,提高了同批工件加工尺寸的一致性,使加工質量穩定,產品合格率高。

3.能完成複雜曲面的加工

一些由複雜曲線、曲面形成的機械零件,用常規工藝方法和手工操作難以加工甚至無法完成,而由數控機床採用多坐標軸聯動即可輕鬆實現。

4.生產效率高

數控機床可以採用較大的切削用量,有效地節省了機動時間。數控機床或加工中心還有自動換速、自動換刀和其他輔助操作自動化等功能,使輔助時間大大縮短。且一旦形成穩定加工過程后,無需工序間的檢驗與測量。所以,採用數控加工比普通機床的生產率高3~4倍甚至更多。

5.有較強的適應性

數控機床按照被加工零件的數控程序來進行自動化加工,當加工對象改變時,只要改變數控程序,不必用靠模、樣板等專用工藝裝備,這有利於縮短生產準備周期,促進產品的更新換代。

6.較高的經濟效益

數控機床(特別是加工中心)大多採用工序集中,一機多用,在一次裝夾的情況下,幾乎可以完成零件的全部加工。一台數控機床或加工中心可以代替數台普通機床。這樣既可以減少裝夾誤差,節約工序間的運輸、測量、裝夾等輔助時間,又可以減少機床種類,節省機床佔地面積,帶來較高的經濟效益。

7.有利於生產管理的現代化

利用數控機床加工,可預先準確計算加工時,所使用的工具、夾具、刀具可進行規範化、現代化管理。數控機床將數字信號和標準代碼作為控制信息,易於實現加工信息的標準化管理。數控機床易於構成柔性製造系統(FMS),目前已與計算機輔助設計與製造(CAD/CAM)有機地相結合。數控機床及其加工技術是現代集成製造技術的基礎。

雖然數控加工具有上述優點,但數控機床初期投資大,維修費用高,數控機床及數控加工技術對操

 

作人員和管理人員的素質要求也較高。因此,應該合理地選擇和使用數控機床,提高企業的經濟效益和競爭力。

8.1.4 數控機床的組成與工作原理

1.數控加工的工作過程與數控機床工作原理

數控加工過程如圖8-1所示。

圖8-1數控加工工作過程

①根據零件加工圖樣進行工藝分析,確定加工方案、工藝參數及相關數據;

②用規定的格式及程序代碼編寫零件加工程序。可人工編寫,也可由自動編程軟體直接生成程序文件;

③程序輸入。可以通過數控機床操作面板手工輸入程序,也可由計算機串列通訊介面直接傳輸程序文件至機床數控單元;

④程序調試,加工準備操作階段。此過程一般先在機床執行機構不動作的情況下進行程序試運行、刀具路徑模擬等,隨後應調整好機床、夾具、刀具和工件的各相關參數,如確定工件加工零點(應與編程零點相符)、確定刀具相對於工件的位置(俗稱對刀);

⑤運行程序,完成零件加工。為確保加工過程準確無誤,一般先執行單程序段操作,各單段程序檢驗合格后,再自動循環執行。

    由上述可知,數控加工工藝系統由數控機床、夾具、刀具和工件等構成。數控機床是零件加工的工作母機,刀具直接對零件進行表面切削加工,夾具用來確定零件相對於機床或刀具的正確位置並在加工過程中壓緊夾牢零件,最後通過加工程序來控制刀具與工件之間的相對運動軌跡,從而完成零件的加工。

數控機床加工零件時,首先應編製零件的數控程序,這是數控機床的工作指令。將數控程序輸入到數控裝置,再由數控裝置控制機床主運動的變速、啟停,進給運動的方向、速度和位移大小,以及其他諸如刀具選擇交換、工件夾緊鬆開和冷卻潤滑的啟停等動作,使刀具與工件及其他輔助裝置嚴格地按照數控程序規定路徑、順序和參數進行工作,從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。

2.數控機床的組成

數控機床主要由以下幾部分組成:

⑴數控系統

計算機數控系統(簡稱CNC系統)由程序、輸入輸出設備、CNC裝置、可編程式控制制器(PLC)、主軸驅動裝置和進給驅動裝置等組成。數控系統是數控機床的核心。數控系統接受按零件加工順序記載機床加工所需的各種信息,並將加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數字化,同時進行相應的運算、處理,然後發出控制命令,使刀具實現相對運動,完成零件加工過程。

⑵伺服單元、驅動裝置和測量裝置

伺服單元和驅動裝置包括主軸伺服驅動裝置、主軸電動機、進給伺服驅動裝置及進給電動機。測量裝置是指位置和速度測量裝置,它是實現主軸、進給速度閉環控制和進給位置閉環控制的必要裝置。主軸伺服系統的主要作用是實現零件加工的切削運動,其控制量為速度。進給伺服系統的主要作用是實現零件加工的成形運動,其控制量為速度和位置,特點是能靈敏、準確地實現CNC裝置的位置和速度指令。

⑶控制面板

控制面板是操作人員與數控機床進行信息交互的工具。操作人員可以通過他對數控機床(系統)進行操作、編程、調試,或對機床參數進行設計和修改,也可以通過它了解或查詢數控機床的運行狀態。

⑷控制介質和輸入、輸出設備

控制介質是記錄零件加工程序的媒介,是人與機床建立聯繫的介質。程序輸入,輸出設備是CNC系統與外部設備進行信息交互的裝置,其作用是將記錄在控制介質上的零件加工程序輸入CNC系統,或將已調試好的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的介質上。

⑸PLC、機床I/O電路和裝置

PLC是用於進行與邏輯運算、順序動作有關的I/O控制,它由硬體和軟體組成。機床I/O電路和裝置是用於實現I/O控制的執行部件,是由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成的邏輯電路。

⑹機床本體

數控機床的本體是指其機械結構實體,是實現加工零件的執行部件。它主要由主運動部件(主軸

 

、主運動傳動機構)、進給運動部件(工作台、溜板及相應的傳動機構)、支承件(立柱、床身等),以及特殊裝置、自動工件交換(APC)系統、自動刀具交換(ATC)系統和輔助裝置(如冷卻、潤滑、排屑、轉位和夾緊裝置等)組成。

8.1.5 數控編程基礎

在普通機床上加工零件時,應由工藝員制定零件的加工工藝規程。在工藝規程中規定了所使用的機床和刀具,工件和刀具的裝夾方法,加工順序和尺寸,切削參數等內容,然後由操作者按工藝規程進行加工。在數控機床上加工零件,首先要進行程序編製,將零件的加工順序、工件與刀具相對運動軌跡的尺寸數據、工藝參數(主運動和進給運動速度、切削深度等)以及輔助操作等加工信息,用規定的文字、數字、符號組成的代碼,按一定的格式編寫成加工程序單,並將程序單的信息通過控制介質輸入到數控裝置,由數控裝置控制機床進行自動加工。從零件圖紙到編製零件加工程序和製作控制介質的全部過程稱為數控程序編製。

數控程序編製可分為手工編程和自動編程兩類。

手工編程時,整個程序的編製過程由人工完成。這就要求編程人員不僅要熟悉數控代碼及編程規則,而且還必須具備機械加工工藝知識和一定的數值計算能力。手工編程對簡單零件通常是可以勝任的,但對於一些形狀複雜的零件或空間曲面零件,編程工作量十分巨大,計算繁瑣,花費時間長,而且非常容易出錯。不過,根據目前生產實際情況,手工編程在相當長的時間內還會是一種行之有效的編程方法。手工編程具有很強的技巧性,並有其自身特點和一些應該注意的問題,將在後續內容中予以闡述。

自動編程是指編程人員只需根據零件圖樣的要求,按照某個自動編程系統的規定,編寫一個零件源程序,輸入編程計算機,再由計算機自動進行程序編製,並列印程序清單和製備控制介質。自動編程既可以減輕勞動強度,縮短編程時間,又可減少差錯,使編程工作簡便。

目前,實際生產中應用較廣泛的自動編程系統由數控語言編程系統和圖形編程系統。數控語言編程系統最主要的是美國的APT(Automatically Programmed Tools——自動化編程工具),它是一種發展最早、容量最大、功能全面又成熟的數控編程語言,能用於點位、連續控制系統以及2~5坐標數控機床,可以加工極為複雜的空間曲面。數控圖形編程系統是利用圖形輸入裝置直接向計算機輸入被加工零件的圖形,無需再對圖形信息進行轉換,大大減少了人為錯誤,比語言編程系統具有更多的優越性和廣泛的適應性,提高了編程的效率和質量。另外,由於CAD(Computer Aided Design)的結果是圖形,故可利用CAD系統的信息生成NC(Numerical Control)程序單。所以,它能實現CAD/CAM(Computer Aided Manufacturing)的集成化。正因為圖形編程的這些優點,現在乃至將來一段時間內,它是自動編程的發展方向,必將在自動編程方面佔主導地位。目前,生產實際中應用較多的商品化的CAD/CAM系統主要有國外引進的UnigraphicsⅡ、Pro/Engineer、CATIA、Solidworks、Mastercam、SDRC/I-DEAS、DELCAM等,技術較為成熟的國產CAD/CAM系統是北航海爾的CAXA。在機械製造方面,CAD/CAM系統的內容一般包含:二維繪圖,三維線架、曲面、實體建模,真實感顯示,特徵設計,有限元前後置處理,運動機構造型,幾何特性計算,數控加工和測量編程,工藝過程設計,裝配設計,板金件展引和排樣,加工尺寸精度控制,過程模擬和干涉檢查,工程數據管理等。其中,對產品模型進行計算機輔助分析,包括運動學及動力學分析與模擬(Kinematics & Dynamics)、有限元分析與模擬FEA(Finite Element Analysis)、優化設計OPT(OPTimization),又稱為計算機輔助工程CAE(Computer Aided Engineering)。

1.機床坐標系與工作坐標系

 

為了保證數控機床的正確運動,避免工作的不一致性,簡化編程和培訓編程人員,ISO和我國都統一規定了數控機床坐標軸的代碼及其運動的正負方向,這給數控系統和機床設計、使用與維修帶來了極大的方便。

標準坐標系採用右手直角笛卡爾坐標系,其坐標為X、Y、Z,常稱為基本坐標系。右手的大拇指、食指和中指互相垂直時,拇指的方向為X坐標軸的正方向,食指為Y坐標軸的正方向,中指為Z坐標軸的正方向。

以X、Y、Z坐標軸線或以與X、Y、Z坐標軸線平行的坐標軸線為中心旋轉的圓周進給坐標軸分別用A、B、C表示,並根據右手螺旋定則判別+A、+B、+C軸的旋轉方向。

工作坐標系是編程人員在編程過程使用的,由編程人員以工件圖樣上的某一固定點為原點所建立的坐標系,又稱工件坐標系或編程坐標系。

2.坐標系的原點

機床坐標系是機床上固有的坐標系,並設有固定的坐標原點,也稱為機床原點或機械零點。機床坐標系的原點與機床上固有的基準線(如主軸中心線)或基準面(如工作檯面、主軸端面等)有確定的位置關係。機械零點在數控機床的使用說明書上均有說明。

工作坐標系原點簡稱工作原點,是編程人員為便於計算與編程以工件圖樣上的某一固定點確定的,所以又稱編程原點。編程原點與機床原點往往是不重合的。加工時,工件安裝后先測得工作原點與機床原點之間的距離,這個距離稱為工作原點偏置,如圖8-2所示。該偏置值需要予存到數控系統中,加工中工作原點偏置值便能自動附加到工作坐標繫上,使數控系統可按機床坐標系確定加工坐標值。因此,編程人員可以不考慮工件在機床上的安裝位置和安裝精度,而利用數控系統的原點偏置功能,通過工作原點偏置值來補償工件的安裝誤差,使用起來非常方便。現在大多數數控機床都具有這種功能。

3.絕對坐標與相對坐標

運動軌跡的終點坐標是相對於起點計量的坐標系,稱為相對坐標系(或稱增量坐標系)。所有坐標點的坐標值均從某一固定坐標原點計量的坐標系,稱為絕對坐標系。如圖8-3中的A、B兩點,若以絕對坐

標計量,則

XA=30,YA=30,XB=20,YB=10

若以相對坐標計量,則

XB=-10,YB=-20

這相當於B點的坐標是在以A點為原點建立起來的坐標系內計量的。對於絕對坐標系和相對坐標系,編程時可根據具體機床坐標系,從編程方便及加工精度要求等方面選用坐標系的類型,並可以根據需要轉換。據此,數控編程可採用絕對編程或相對編程,還可以絕對、相對混合編程。

圖8-2機床坐標系與工作坐標系

圖8-3絕對坐標與相對坐標

4.數控代碼

數控代碼是數控加工的基本單元,它由規定的文字、數字和符號組成。我國原機械工業部制定了JB3208——83標準,規定了有關準備功能代碼G指令和輔助功能代碼M指令,它與國際上使用的ISO1056——1975E標準基本一致。G指令由字母G及其後面的二位數字組成,從G00到G99共有100種代碼,有模態代碼(又稱續效代碼)與非模態代碼之分;M指令也有M00~M99共計100種,與G代碼意義相同,M代碼也有模態代碼(續效指令)和非模態代碼(非續效指令)。G、M代碼指令及其意義,讀者可查閱有關的標準和手冊。

數控編程時還應指定機床或刀具的進給速度、主軸轉速、刀具功能等,分別用F、S、T指令表示。大多數數控機床在F、S後跟數字直接指定進給速度、主軸轉速的大小(其具體意義可查閱機床說明書)。T指令為刀具號指令,在自動換刀數控機床中,該指令用以選擇所需刀具。在現代數控機床中,由於數控系統的不同,T指令有兩種表達方法。一種方法是T後跟四位數字,前兩位數字代表刀具編號,后兩位數字代表刀具偏置代號。刀具偏置基於如下概念:某把刀具相對於基準刀具(用以確定工件坐標系具體位置的刀具)產生尺寸或位置偏差,為簡化編程,將該偏差值儲存在數控系

 

統的存儲器中,換刀時由數控系統將該刀具相對於基準刀具的偏差直接補償出來,使之與基準刀具的位置相同。這相當於先賦予該刀具一個坐標值,使它偏置於自身實際位置,置身於基準刀具的同一位置。如圖8-4所示,為數控車床刀具偏置示意圖。圖中,實線刀具(假設為1號刀具)為基準刀具,它相對於工件編程零點(設為工件右端面中心)有固定位置。當換為虛線刀具(假設為4號刀具)時,該刀具與基準刀具有位置偏差(X=+1.82,Z=+9.19)。編程時若考慮該位置偏差的影響,計算起來不太方便。實際編程時,不考慮刀具的位置偏差,仍按基準刀具位置計算。加工中換4號刀時,數控系統先將4號刀與1號刀的位置偏差補償進來,這樣,4號刀即佔據了基準刀具的位置。當然,該偏差值要預先輸入至數控系統的某個存儲器——刀具偏置參數表中,並賦予代號(為便於記憶和對照,一般將代號設為與刀具代號相同,如04)。用T指令指定該刀具時,書寫格式為T0404,第一個04代表選擇4號刀具,第二個04則表示指定04號刀具偏置參數。至於04號刀具偏置參數的具體數值,編程時不需指明,數控系統會按照刀具偏置參數表中的04號參數值反向快速移動。

圖8-4刀具偏置示意圖

T指令的另一種表達方法是T後跟二位數字,以代表刀具編號,而刀具尺寸或位置的補償,則由其它指令(如H指令)實現。

5.數控程序

目前,生產實際中使用的數控機床種類繁多,其數控系統也不盡相同。每種數控系統由於其自身特點不同及編程需要,都有一定的程序格式。即使相同數控系統的不同機床,其程序格式也不完全相同。因此,編程人員必須嚴格按照機床說明書規定的格式進行數控程序的編製。

一個完整的數控程序由程序號、程序內容和程序結束三部分組成。

例如:

O0029%

N10 G00 Z100;

N20 G17 T02;

N30 G00 X70 Y65 Z2 S800;

N40 G01 Z-3 F50;

N50 G03 X20 Y15 I-10 J-40;

N60 G00 Z100;

N70 M30;

程序號為程序的開始部分。為了區別存儲器中的程序,每個程序都要有程序編號,在編號前採用程序編號地址碼。例如,在FANUC 0i系統中,用英文字母O作為程序編號地址,程序號後面及程序末尾的“%”,是系統自帶的符號,表示程序內容的起始和結束。其它系統中表達方法有所不同。

程序內容部分是整個程序的核心,它由若干個程序段組成,每個程序段又有一個或多個指令,它表示數控機床要完成的全部動作。

程序結束以M30作為整個程序結束的符號,此時,程序指針返回程序開始。如果不書寫M30,程序指針不返回程序的開始,即再執行該程序時從當前位置往後續程序段繼續執行。

現代數控機床廣泛採用字——地址程序段格式。字——地址程序段格式由語句號字、數據字和程序段結束符組成。各字前有地址,各字的排列順序要求不嚴格,數據的位數可多可少,不需要的字以及與上一程序段相同的續效字可以不寫。該格式程序簡短、直觀,便於檢驗和修改。字——地址程序段格式如下:

N_ G_ X_ Y_ Z_ F_ S_ T_ M_ ;

例如,N30 G01 X55 Y120 Z-2.5 F50 S800 T04 M03;

程序段內各字的說明如下:

(1)語句號字N    用以程序段的編號,用地址碼N和其後的若干位數字來表示。N30表示該語句的語句號為30。

(2)準備功能字G指令    G指令用來指令數控機床完成某種操作,用地址符G和兩位數字錶示,從G00~G99共100種。G01表示指令數控機床進行直線插補。

(3)尺寸字(X、Y、Z等)    尺寸字由尺寸地址碼、+、-符號及絕對值(或增量值)的數值構成。

(4)進給功能字(F)、主軸轉速功能字(S)、刀具功能字(T)    其意義如前述,分別由地址碼F、S、

 

T和在其後面的數字組成,用以表示刀具中心運動時的進給速度(50mm/min)、主軸轉速(800r/min)及指定的刀號(4號刀)。

(5)輔助功能字M指令    M指令用來指令機床的一些輔助動作。M03表示數控機床主軸正轉。

(6)程序段結束符(;)    寫在每一程序段之後,表示程序結束。當採用ISO標準代碼時,程序段結束符為“LF”或“NL”,用EIA代碼時為“CR”。

8.2數控加工工藝參數選擇

數控加工的工藝參數主要包括切削用量及刀具相關參數。

8.2.1 切削用量的選擇

1.數控加工切削用量選擇原則

切削用量包括主軸轉速(切削速度)、背吃刀量、進給量。切削用量的大小對切削力、切削功率、刀具磨損、加工質量和加工成本均有顯著影響。數控加工中選擇切削用量的原則與普通機床加工相同,即在保證加工質量和刀具耐用度的前提下,充分發揮機床性能和刀具切削性能,使切削效率最高,加工成本最低。故粗加工,首先選取儘可能大的背吃刀量,其次要根據機床動力和剛性等限制條件選取較大的進給量,最後根據刀具耐用度確定最佳切削速度;精加工時,首先根據余量確定背吃刀量,其次根據加工表面的粗糙度要求選取較小的進給量,最後在保證刀具耐用度的前提下,儘可能選取較高的切削速度。

2.數控車削切削用量選擇

(1)背吃刀量ap的確定

背吃刀量的選擇應根據加工余量確定。粗加工(Ra10~Ra80)時,一次進給應儘可能切除全部余量。在中等功率機床上,背吃刀量可達8~10mm。半精加工(Ra1.25~Ra10)時,背吃刀量為0.5~2mm。精加工(Ra0.32~Ra1.25)時,背吃刀量取為0.2~0.4mm。

在工藝系統剛性不足或毛坯余量很大,或余量不均勻時,粗加工要分幾次進給,並且應當把第一、二次進給的背吃刀量盡量取得大一些。

(2)進給速度或進給量的確定

進給速度的大小直接影響工件已加工表面的粗糙度值和車削效率,因此應在保證加工質量的前提下,選擇較高的進給速度。一般根據零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素,查閱切削用量手冊選取。切削用量手冊給出的是每轉進給量,若數控系統要求編程中書寫進給速度,則可按下式計算:

                                              (8-1)

式中,——進給速度,mm/min;

      ——車床主軸轉速,r/min;

      ——每轉進給量,mm/r。

粗加工時,由於工件表面質量沒有太高的要求,這時主要考慮機床進給機構的強度和剛性及刀桿的強度和剛性等限制因素,可根據加工材料、刀桿尺寸、工件直徑及已確定的背吃刀量來選擇進給量。

(3)主軸轉速的確定

主軸轉速應根據已選定的背吃刀量、進給量及刀具耐用度先選擇切削速度,再按式6-2計算主軸轉速

                                                 (8-2)

式中,——車床主軸轉速,r/min;

      ——切削速度,m/min;

       ——工件直徑,mm。

其中,切削速度可用經驗公式計算,也可根

 

據生產實踐經驗在機床說明書允許的切削速度範圍內查閱有關切削用量手冊選取。對有級變速車床,還須按機床說明書選擇與所計算轉速接近的轉速。

用數控車床加工螺紋時,考慮到伺服驅動系統升/降頻率、數控裝置插補運算速度、主軸脈衝編碼器等對加工過程的影響,主軸轉速不宜選的過高。不同的數控系統車螺紋時推薦不同的主軸轉速範圍,大多數經濟型數控車床車螺紋推薦的主軸轉速為:

                                                   (8-3)

式中,——被加工螺紋的螺距,mm;

      ——保險係數,一般為80。

在選擇切削速度時,還應考慮以下幾點。

①應盡量避開積屑瘤產生的區域。

②斷續切削時,為減小衝擊和熱應力,要適當降低切削速度。

③在易發生振動的情況下,切削速度應避開自激振動的臨界速度。

④加工大件、細長件和薄壁工件時,應選用較低的切削速度。

⑤加工帶外皮的工件時,應適當降低切削速度。

3.數控銑削切削用量選擇

(1)背吃刀量(端銑)或側吃刀量(圓周銑)的選擇

銑削時,背吃刀量ap為平行於銑刀軸線測量的切削層尺寸,側吃刀量ae為垂直於銑刀軸線測量的切削層尺寸。用端銑刀銑削時,ap為切削深度;用圓周銑刀銑削時,ae為切削深度。圖8-5為圓周銑與端銑時的切削深度示意圖。背吃刀量或側吃刀量的選取主要由加工余量和對錶面質量的要求決定。當加工表面質量要求不高(如Ra12.5~25),而加工余量較小(≤5~6mm)時,取背吃刀量或側吃刀量等於加工余量,粗銑一次即達到加工要求。若加工余量較大,工藝系統剛性較差或機床動力不足,可分多次進給完成。當加工表面質量要求較高(如Ra1.6~3.2)時,一般應分多次銑削,精銑時可取背吃刀量或側吃刀量為0.5~1mm。

圖8-5圓周銑與端銑的切削深度

(2)進給量(mm/r)與進給速度(mm/min)的選擇

銑削加工的進給量是指刀具每轉一周,工件與刀具沿進給運動方向的相對位移量;進給速度是單位時間內工件與刀具沿進給運動方向的相對位移量。進給量與進給速度應根據零件的加工精度、表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素,參考切削用量手冊或表8-1選取。工藝系統剛性差或刀具強度低時,應取小值。表8-1中的銑刀每齒進給量與刀具轉速、齒數、進給速度及進給量的關係為:

                        (8-4)

式中,——刀具或工件進給速度,mm/min;

      ——刀具轉速,r/min;

      ——刀具或工件進給量,mm/r;

      —-銑刀每齒進給量,mm/z;

      ——刀具齒數。

                             表8-1銑刀每齒進給量fz

(3)切削速度(m/min)的選擇

根據已經選定的背吃刀量、進給量及刀具耐用度選擇切削速度。可採用經驗公式計算,也可根據生產實踐經驗在機床說明書允許的切削速度範圍內查閱有關切削用量手冊選取。像數控車削加工一樣,實際編程時,切削速度確定后,還要按

 

式6-2計算出銑床主軸轉速(r/min),但該式中的為銑刀直徑(mm)。同理,對有級變速銑床,應按銑床說明書選擇與所計算轉速n接近的實際轉速。

最大進給量受機床剛度和進給系統的性能限制。在選擇進給量時,還應注意零件加工中的某些特殊因素。比如在輪廓加工中,選擇進給量時,就應考慮輪廓拐角處的超程問題。特別是在拐角較大,進給速度較高時,應在接近拐角處適當降低進給速度,在拐角后逐漸升速,以保證加工精度。

數控車削、鏜削、銑削、鑽削加工中,其背吃刀量和進給量主要根據加工余量、工件表面質量確定,併兼顧工藝系統剛性及機床功率,而切削速度的大小則主要受刀具耐用度的限制。目前,數控刀具的生產已逐步向高度專業化、系列化發展,各種數控刀具因其材料、結構和製造工藝的不同,都有不同的最佳切削參數。特別是在複雜曲面的數控加工中,利用CAM軟體生成的NC程序往往會自動計算最優化切削速度與進給量。故實際生產中,對切削參數的選擇均是在考慮機床功率和剛性的基礎上,先根據加工余量和表面粗糙度要求確定背吃刀量,至於切削速度(或主軸轉速)及進給量(或進給速度)的確定,有兩種較為可行的方法:一種是參考刀具生產廠家的推薦值(見後述),另一種是參考CAM軟體的計算值,並根據具體條件稍作調整。

8.2.2 刀具參數選擇

刀具參數包括刀具結構型式、刀具幾何角度等相關參數。

刀具結構尺寸參數一般應根據機床具體要求及加工情況確定,如車刀刀桿尺寸應與自動刀架要求相適應,立銑刀半徑應小於被加工零件內輪廓面最小曲率半徑,鑽頭的直徑應與所加工孔的直徑相匹配。為了提高數控加工的生產效率,穩定加工質量,儘可能採用可轉位硬質合金刀片刀具。關於可轉位硬質合金刀片的結構、型號等,將在“數控刀具”部分作詳細說明。

如前述,由於數控刀具生產的專業化,一旦選擇數控刀具的型號后,其相關參數即確定了。並且,數控刀具生產廠家會根據加工情況給出各種刀具的最佳切削參數。表8-2至表8-6即為某企業數控加工所採用的刀具及相應參數情況,供讀者參考。

  

  

8.3數控刀具簡介

8.3.1 數控機床刀具的特點

    為了能夠實現數控機床上刀具高效、多能、快換和經濟的目的,數控機床所用的刀具主要具備下列特點:

    (1)刀片和刀具幾何參數和切削參數的規範化、典型化。

(2)刀片和刀柄高度的通用化、規則化、系列化。  

(3)刀片或刀具的耐用度及其經濟壽命指標的合理化。

    (4)刀片及刀柄的定位基準及自動換刀系統的優化。

    (5)刀片及刀柄對機床主軸的相對位置的要求高。

(6)對刀柄的強度、剛性及耐磨性的要求高。

(7)對刀具柄的轉位,裝拆和重複精度的要求。

(8)刀片及刀柄切入的位置和方向的要求。

(9)刀柄或工具系統的裝機重量限制的要求。

(10)刀片或刀具材料及切削參數與被加工工件的材料之間相匹配。

8.3.2 機夾可轉位刀片及其代碼

    由於數控機床大多採用機夾可轉位刀片的刀具,因此對硬質合金可轉位刀片的規格及其代碼表示方法必須要了解。

選用機夾式可轉位刀片,首先要了解各類型的機夾式可轉位刀片的代碼(Code)。可轉位刀片的代碼方法,按國際標準ISO 1832-1985,代碼是由10位字元串組成的排列如下:

 

    其中每一位字元串是代表刀片某種參數的意義,現分別敘述如下:

    (1)刀片的幾何形狀及其夾角。

    (2)刀片主切削刃后角(法后角)。

    (3)刀片內接圓直徑d與厚度s的精度級別。

    (4)刀片型式、緊固方法或

 

斷屑槽。

(5)刀片邊長、切削刃長

(6)刀片厚度。

    (7)刀尖圓角半徑rε或主偏角Кr或修光刃后角αn

(8)切削刃狀態,刀尖切削刃或倒棱切削刃。

    (9)進刀方向或倒刃寬度。

    (10)廠商的補充符號或倒刃角度。

一般情況下,第8和第9代碼是當有要求時才被填寫使用。

根據可轉位刀片的切削方式不同,應分別按車、銑、鑽、鏜的工藝來敘述轉位刀片代碼的具體內容。由於刀片內容很多,在此不做一一敘述。讀者可通過查閱手冊或相關標準選用各種可轉位刀片。圖8-6給出了車削用可轉位刀片及代碼。

機夾式可轉位刀片的刀具,由刀體、定位元件、夾緊元件和刀片組成。為使刀具達到良好的切削性能、強度、穩固,刀片的夾固方式要滿足:

(1) 夾緊要可靠,不能發生鬆動。

    (2) 轉位方便迅速。

    (3) 確保定位精度和拆裝、轉位的重複精度。

    (4) 要有足夠的容屑空間。

    (5) 結構簡單,工藝性好。

(6) 定位及夾緊元件有足夠的強度和耐磨性。

8.3.3 數控機床的刀具系統

數控機床(包括加工中心)除數控磨床和數控電加工機床之外,其它的數控機床都必須採用數控刀具。本單元主要介紹數控機床上常用刀具及其選用方法。

從現實情況看,對數控機床刀具應從廣義角度來理解“刀具”的含義。隨著數控機床結構、功能的發展,現在數控機床的刀具已不是普通機床所採用的“一機一刀”的模式,而是多種不同類型的刀具同時在數控機床的刀盤上(或主軸上)輪換使用,可以達到自動換刀的目的。因此對“刀具”的含義應理解為“數控工具系統”。

從數控機床自動換刀裝置的工作需要看,為了保證刀具的可互換性,機床的自動換刀結構、刀具的刀柄和工具系統都應該滿足自動換刀的需要。機床自動換刀結構可以理解為機械手或工業機器人,各種換刀結構有很大差異,並有其自身特點及設計與製造的理論和方法,此處不作討論。以下對數控刀具的刀柄和工具系統作簡單論述。

圖8-6車削用可轉位刀片代碼

1.刀柄

刀柄是機床主軸和刀具之間的連接工具,是加工中心必備的輔具。它除了能夠準確地安裝各種刀具外,還應滿足在機床主軸上的自動鬆開和拉緊定位、刀庫中的存儲和識別以及機械手的夾持和搬運等需要。刀柄的選用要和機床的主軸孔相對應,並且已經標準化和系列化。

加工中心上一般採用7:24圓錐刀柄,如圖8-7所示。這類刀柄不能自鎖,換刀比較方便,與直柄相比具有較高的定心精度和剛度。其錐柄部分和機械抓拿部分均有相應的標準。我國的《自動換刀機床用7:24圓錐工具柄部40、45和50號圓錐柄》(GB10944)和《自動換刀機床用7:24圓錐工具柄部40、40和50號圓錐柄用拉釘》(GB10945)對此作了規定。這兩個國家標準與國際標準IS07388/1和IS07388/2等效。選用時,具體尺寸可以查閱有關國家標準。

2.工具系統

    由於數控機床特別是加工中心加工內容的多樣性,使其配備的刀具和裝夾工具種類也很多,並且要求刀具更換迅速。因此,刀輔具的標準化和系列化十分重要。把通用性較強的刀具和配套裝夾工具系列化、標準化,就成為通常所說的工具系統。採用工具系統進行加工,雖然工具成本較高,但它能準確可靠地保證快速更換刀具,最大限度地提高生產率並保證加工質量,使加工中心的效能得到充分的發揮。

    目前我國建立的工具系統是鏜銑類工具系統,這種工具系統一般由與機床主軸連接的錐柄、延伸部分的連桿和工作部分的刀具組成。它們經組合后可以完成鑽孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋等加工工藝。鏜銑類工具

 

系統分為整體式結構和模塊式結構兩大類。

⑴整體式結構

我國TSG82工具系統就屬於整體式結構的工具系統。它將錐柄和接桿連成一體,不同品種和規格的工作部分都必須帶有與機床相連的柄部。其特點是結構簡單、使用方便、可靠、更換迅速,但錐柄的品種和數量較多。圖8-8所示是TSG82工具系統,選用時一定要按圖示進行配置。表8-7是TSG82工具系統的代碼和意義。

(2)模塊式結構

模塊式結構把工具的柄部和工作部分分開,製成系統化的主柄模塊、中間模塊和工作模塊,每類模塊中又分為若干小類和規格。這樣就方便了製造、使用和保管,減少了工具的規格、品種和數量的儲備,對加工中心較多的企業有很高的使用價值。圖8-9所示為模塊式工具系統—─TMG工具系統的示意圖。

表8-7   TSG82工具系統的代碼和意義

圖8-7  自動換刀機床用7:24圓錐工具柄部及拉釘簡圖

圖8-8 TSG82工具系統

圖8-9 TMG工具系統

8.3.4 數控機床刀具的選擇

    1.選擇刀片(刀具)應考慮的要素

    選擇刀片或刀具應考慮的因素是多方面的。考慮機床種類、型號的不同,生產經驗和習慣的不同以及其他因素,選擇刀片或刀具時應該注意以下幾點:

    (1)被加工工件材料的類別。不同的工件材料應選擇不同類別的刀片或刀具。

    (2)被加工件材料性能。包括硬度、韌度、組織狀態等。

    (3)切削工藝的類別。如粗加工、精加工、超精加工,車、鑽、銑、鏜切削,內孔、外圓加工,切削流動狀態,刀具變位時間間隔等。

(4)被加工工件的幾何形狀、零件精度和加工余量等因素。

(5)刀片或刀具所能承受的切削用量(切削深度、進給量、切削速度)。

    (6)生產現場的條件,如操作間斷時間、振動、電力波動等。

    (7)被加工工件的生產批量,它將影響到刀片或刀具的經濟壽命。

    2.選擇鏜孔(內孔)刀具的考慮要點

    鏜孔刀具的選擇,主要應注意刀桿的剛性,要儘可能地防止或消除振動。其考慮要點如下:

    (1)儘可能選擇較大的刀桿直徑(接近鏜孔直徑)。

    (2)儘可能選擇短的工作長度(刀臂),當工作長度小於4倍刀桿直徑時用鋼製刀桿。當工作長度為4~7倍的刀桿直徑時,加工小孔採用硬質合金制刀桿,大孔採用減振刀桿。工作長度更長時,要採用減振刀桿。

(3)選擇主偏角大於75o,接近90o

(4)選擇無塗層的刀片品種,其刀刃圓弧較小;選擇小的刀尖圓弧半徑rε=0.2mm。

(5)精加工採用正切削刃(正前角)刀片和刀具,粗加工採用負切削刃(負前角)刀片和刀具。

(6)選擇正確的、快速的鏜刀柄夾具。

    3.選擇數控銑刀時注意事項

    (1)在數控機床上銑削平面時,儘可能採用可轉位式硬質合金刀片銑刀。當採用粗銑、精銑兩次走刀並連續切削時,粗銑刀直徑要小些以減小切削扭矩,精銑刀直徑要大一些,最好能包容待加工表面的整個寬度。加工余量大且加工表面又不均勻時,刀具直徑要選得小一些,否則,加工時會因接刀刀痕過深而影響加工質量。

    (2)高速鋼立銑刀多用於加工凸台和凹槽,最好不要用於毛坯面,因為毛坯面有硬化層和夾砂現象,會加速刀具的磨損。鑲硬質合金立銑刀可用於加工凹槽、窗口面、凸檯面和毛坯面。鑲硬質合金的玉米銑刀可以進行強力切削,銑削毛坯表面和用於孔的粗加工。

    (3)加工余量較小,並且要求表面粗糙度較低時,應採用立方氮化硼(CBN)刀片端銑刀或陶瓷刀片端銑刀。

   

 

; (4)加工精度要求較高的凹槽時,可採用直徑比槽寬小一些的立銑刀,先銑槽的中間部分,然後利用刀具的半徑補償功能銑削槽的兩邊,直到達到精度要求為止。

    (5)在數控銑床上鑽孔,一般不採用鑽模。鑽孔深度為直徑的5倍左右的深孔加工容易折斷鑽頭,可採用固定循環程序,多次自動進退,以利於冷卻和排屑。鑽孔前最好先用中心鑽鑽一個中心孔或採用一個剛性好的短鑽頭鍃窩引正。鍃窩除了可以解決毛坯表面鑽孔引正問題外,還可以替代孔口倒角。

(6)對一些立體平面和變斜角輪廓外型的加工,常用球頭銑刀、環形銑刀、鼓形刀、錐形刀和盤形刀(圖8-10)。

圖8-10常用數控銑刀

8.4數控加工工藝與編程簡介

8.4.1 常用編程指令及編程方法

1.快速線性移動指令G00

G00用於快速定位刀具,不對工件進行加工,可以在幾個軸上同時執行快速移動,該指令沒有運動軌跡的要求,也不需特別規定進給速度。其編程格式為:

G00 X_ Y_ Z_ 或G00 U_ V_ W_ 。

使用G00指令時要注意:

①G00是模態代碼,指令G00時,機床的進給速率由機床參數指定;

②使用G00指令時,刀具的實際運動路線並不一定是直線,而可能是折線。因此,要注意刀具是否與工件或夾具發生干涉,對不適於聯動的場合可採取每軸單動。

2.直線插補指令G01

直線插補指令G01是直線運動指令,它命令刀具在坐標軸間以插補聯動方式按指定的進給速度作任意斜率的直線運動,該指令為模態指令。其編程格式為:

G01 X_ Y_ Z_ F_ 或G01 U_ V_ W_ F_ 。

說明:

①刀具運動的進給速度由F指令(模態)決定;

②G01指令后的坐標值可取絕對尺寸,也可取增量尺寸,由G90/G91決定。

3.圓弧插補指令G02/G03

圓弧插補指令命令刀具在指定平面內按給定的進給速度F作圓弧運動,切削出圓弧輪廓。

使用圓弧插補指令G02/G03的編程格式有兩種:

第一種,用I、J、K指定圓心位置:

G17/G18/G19  G02/G03  X_ Y_ Z_ I_ J_ K_ F_ ;

第二種,用圓弧半徑R指定圓心位置:

G17/G18/G19  G02/G03  X_ Y_ Z_ R_ F_ 。

說明:

①G17/G18/G19指令為坐標平面選擇指令,G17,G18,G19分別為XY,XZ,YZ平面選擇。數控車削時,由於刀具工作平面僅為XZ平面,故不必書寫;

②圓弧插補指令分為順時針圓弧插補(G02)和逆時針圓弧插補(G03)指令,圓弧插補的順逆可如下判斷:向圓弧所在平面(如XZ平面)的垂直坐標軸的負方向(-Y)看去,順時針方向為G02,逆時針方向為G03;

③X、Y、Z為圓弧終點坐標值。絕對編程時,X、Y、Z為圓弧終點在工件坐標系中的坐標值,相對編程時則為圓弧終點相對於圓弧起點的增量坐標值;

④無論G90或G91,I、J、K為增量值。

⑤圓心坐標I、J、K為圓弧起點到圓弧中心所作矢量分別在X、Y、Z坐標軸方向上的分矢量,I、J、K為增量值,且當分矢量的方向與坐標軸的方向不一致時取“-”號;

圖8-11和圖8-12分別為採用絕對坐標系的順時針圓弧插補(G02)和採用相對坐標系的逆時針圓弧插補(G03)。

圖8-11 順圓插補(G02),絕對編程

圖8-12  逆圓插補(G03),相對編程

⑥用半徑R指定圓心位置時,不能描述整圓。同一半徑R所描述的圓弧,從圓弧起點到終點有兩個圓弧的可能性,為此規定圓心角α≤180o時,用“+R”表示,如圖8-13中的圓弧1;α>180o時,用“-R”表示,如圖8-13中的圓弧2。

圖8-13  圓弧插補的+R與-R

4.刀具半徑補償指令G41、G42、G40

數控加工中,刀具切削刃的運動軌跡形成工件表面輪廓。當採用圓柱形(或其它圓形)刀具時,切削刃與刀具的中心距離一個刀具半徑值,這將使得刀具中心的運動軌跡偏離工件輪廓,但實際編程中的移動指令(如G00,

 

G01,G02/G03等)均是對刀具中心而言。為了編程方便,一般數控裝置都具有刀具半徑補償功能,即編程時不需計算刀具中心運動軌跡,只按零件輪廓編程。執行刀具半徑補償指令后,數控裝置便能自動計算並使刀具自動偏離工件輪廓一個刀具半徑值,從而使切削刃加工出所要求的工件輪廓。

G41為刀具半徑左補償,即刀具沿工件左側運動方向時的半徑補償,如圖8-14(a)所示;G42為刀具半徑右補償,即刀具沿工件右側運動方向時的半徑補償,如圖8-14(b)所示;G40為刀具半徑補償取消,使用該指令后,G41、G42指令無效。G40必須和G41或G42成對使用。

                                                                            

              a) 左補償                          b) 右補償

圖8-14 刀具半徑補償

5.刀具長度補償指令G43、G44、G49

當使用不同規格及類型的刀具加工或刀具磨損時,為了不必重新調整刀具或重新對刀,可在程序中用刀具長度補償指令補償刀具尺寸的變化。其編程格式為:

G43/G44   Z— H—。

說明:

G43為刀具長度正補償,G44為刀具長度負補償,G49為撤銷刀具長度補償指令。Z值為刀具長度補償值,補償量(或稱偏置量)存入由H代碼指定的存儲器中,並與偏置號相對應(與前述刀具偏置意義相同)。

6.固定循環

在數控加工中,加工余量較大的表面或多次走刀才能完成的輪廓表面,採用循環編程,可以縮短程序段的長度,減少程序所佔內存。各類數控系統複合循環的形式和編程方法相差很大,下面僅就FANUC系統的外圓粗車固定循環作一簡單論述。其它複合循環(如鑽孔循環、深孔加工循環等)讀者可參閱各類數控系統說明書。

在FANUC系統中,G70為精車循環,G71為外圓粗車循環,G72為端面粗車循環,G73為固定形狀粗車循環。G71編程格式為:

G71 P(ns) Q(nf) U(Δu) W(Δw) D(Δd) F_ S_ T_

說明:

ns——循環程序段中第一個程序段的順序號;

nf——循環程序段中最後一個程序段的順序號;

Δu——徑向(X軸方向)的精車余量,以直徑值指定;

Δw——軸向(Z軸方向)的精車余量;

Δd——每次吃刀深度。

圖8-15為採用G71粗車外圓的加工路徑。圖中,C點是粗車循環的起點,A點是毛坯外徑與端面輪廓的交點,Δw是軸向(Z軸方向)的精車余量,Δu/2是徑向(X軸方向)的精車余量,Δd是切削深度,e是回刀時的徑向退刀量(由參數設定),R表示快速進給,F表示切削進給。

   

                              圖8-15 外圓粗車循環G71

8.4.2 數控車削工藝

1.數控車削的主要加工對象

⑴輪廓形狀複雜或尺寸、形狀精度難於穩定控制的迴轉體零件;

⑵精度要求特別高的迴轉體零件;

⑶其它零件

 

2.數控車削工藝基本特點

普通車床受控於操作工人,車床的切削用量、走刀路線、工序的工步等一般都是由操作工人自行選定。因此,在普通車床用的工藝規程實際上只是一個工藝過程卡。數控車床加工的程序是數控車床的指令性技術文件。數控車床受控於數控指令,加工的全部過程都是按程序指令自動進行的。所以,數控車床加工程序與普通車床加工工藝規程有較大差別,涉及的內容也較廣。數控車床加工程序不僅要包括零件的工藝過程,而且還要包括切削用量、走刀路線、刀具尺寸以及車床的運動過程。因此,要求編程人員對數控車床的性能、特點、運動方式、刀具系統、切削規範以及工件的裝夾方法都要非常熟悉。工藝方案的好壞在很大程度上會影響車床效率的發揮,而且將直接影響到零件的加工質量。

3.數控車削加工工藝的主要內容

數控車削加工工藝主要包括如下內容:

①選擇適合在數控車床上加工的零件,確定工序內容。

②分析被加工零件的設計圖紙,明確加工內容及技術要求。

③確定零件的加工方案,制定數控加工工藝路線。如劃分工序、安排加工順序、處理與非數控加工工序的銜接等。

④加工工序的設計。如選取零件的定位基準、選擇裝夾方案、劃分具體工步、選擇刀具和確定切削用量等。

⑤數控加工程序的調整。如選取對刀點和換刀點、確定刀具補償量及確定加工路線等。

4.數控車削應注意的幾個問題

⑴工件坐標系零點設置及對刀問題

為使基準重合併便於計算和編程,一般選擇工件迴轉中心為徑向零點(X=0),工件某一端面為軸向零點(Z=0)。

數控加工中較常用對刀方法有定位對刀法、光學對刀法、ATC對刀法和試切對刀法。目前,數控車床大多採用試切對刀法,其得到的結果更加準確可靠。

數控車削加工的試切對刀過程如下:

①X向:移動車刀至工件表面,試切外圓表面,X向不動,沿Z向退出車刀至安全位置,停車。實測φd值,輸入至刀具參數值(用G54建立工件坐標系時輸入至刀具偏置值)。L以不影響測量為易,一般為5-10mm。如圖8-16所示;

②Z向:移動車刀至工件端面,試切端面,Z向不動,沿X向退出車刀至安全位置,停車。將刀具參數值Z取為0(該端面設為工件Z向零點且不再需要加工)或其他數值(考慮工件軸向零點及端面加工余量需要)。如圖8-17所示。

                              圖8-16  X向對刀示意圖

                               圖8-17 Z向對刀示意圖

⑵車削圓弧表面時的過切問題

車削圓弧表面時,若所選刀具不恰當,可能導致“過切”現象。如圖8-18所示,用主偏角Кr=90o的車刀車削圓弧AB時,在圓弧的起點A及圓弧的前、中段,切削刃工作正常。刀具進入圓弧後段后,隨著切削刃的徑向切入,實際工作副偏角越來越小,刀具副切削刃將逐步直接參与切削,直至副切削刃切入工件輪廓內部,形成過切。

圖8-18車削中的過切

過切會使工件產生形狀和尺寸誤差,加工中一定要避免。特別是微小的過切,往往容易被忽視,但它對工件和刀具都是有害的。由圖8-18可知,形成過切的原因是因為工件輪廓的切平面與刀具副后刀面相交,所以選擇刀具時一定要注意分析工件輪廓的尺寸與形狀精度要求,並考慮刀具的結構特點。圖8-18中,若選用Кr?90o或刀尖角小一些的車刀,都可以有效地避免過切現象。當然,實際生產中還有很多方法,如採用圓弧刃、磨出過渡面等等,都可以解決這類

 

問題。

8.4.3 數控銑削加工工藝

1.數控銑削加工的主要對象

⑴平面類零件。

    ⑵變斜角類零件。

    ⑶空間曲面輪廓零件。

    ⑷箱體類零件。

⑸螺紋。

2. 數控銑削應注意的幾個問題

⑴加工平面選擇

    數控銑削加工時,對工件平面的加工首先要正確選擇加工平面。一般通過在數控程序中由G17、G18、G19代碼分別選擇XY、XZ、YZ平面。

    ⑵安全距離與切削平面

數控銑削加工時,銑刀切削的工件實際表面為切削平面。為了保證快速進給或退刀行程中刀具與工件、夾具不發生干涉,在不進行工作進給時,刀具應與切削平面相距一個安全值,此即為安全距離,其大小可根據具體加工情況確定。加工工件的凹坑表面時,安全距離的設定要考慮實際切削表面與工件外輪廓表面的距離對切削行程的影響。

⑶刀具半徑補償

刀具半徑補償的意義已如前述。加工中要注意左、右補償的區分,即注意加工路徑的方向,否則容易造成事故。

⑷下刀點、切入點及切入與切出方式

切削工件表面輪廓時,如果直接從工件輪廓某處下刀切削,將會在該處留下較為明顯的切削痕迹。這在精加工中(尤其是封閉輪廓)是不允許的。為此,有些數控系統銑削加工編程方法規定了軌跡延長,以使刀具下刀點離開工件輪廓一小段距離,並以某一方式移動至切入點,再開始切削工件輪廓。切削結束后,刀具以矢量方向相反的同一方式從切出點退出工件輪廓。一般來說,數控系統規定了三種軌跡延長的切入切出方式:

①沿工件輪廓的切入、切出點表面切線切入和切出工件,用G45 A-指定,A后的參數確定下刀點至切入點沿工件輪廓的切向距離;

②沿工件輪廓的切入、切出點表面法向的1/2圓弧切入和切出工件,用G46 A-指定,A后的參數確定下刀點至切入點沿工件輪廓的法向距離,即為刀具移動的圓弧直徑;

③沿工件輪廓的切入、切出點表面法向的1/4圓弧切入和切出工件,用G47 A-指定,A后的參數確定下刀點至切入點刀具移動的圓弧半徑。圖6-20a)、b)、c)分別表示了G45、G46、G47指定的刀具軌跡延長切入方式,圖b)中A后的參數為2R,圖c)中A后的參數為R。切出方式與此相同,但方向相反。G45、G46、G47功能結束后,用G40取消。

    需要說明的是,這裡所指的G45、G46、G47與我國標準代碼的規定不一致,並且多數數控系統的功能也不相同,使用時一定要按照數控系統說明書進行。如果數控系統不具備該項功能,精加工時建議按圖8-19所示的方式預先編寫一段程序,以便獲得好的表面質量。

        

a) 直線切入           b) 1/2圓弧切入         c) 1/4圓弧切入    

圖8-19 切入方式

⑸對刀

    在數控銑床或加工中心機床上,確定對刀點在機床坐標系中位置的操作稱為對刀。它是使數控銑床(或加工中心)主軸中心與對刀點重合,利用機床坐標顯示確定對刀點在機床坐標系中的位置,從而確定工件坐標系在機床坐標系中的位置。簡單地說,對刀就是告訴數控機床工件裝夾在機床工作台的什麼地方。

    對刀方法應與零件的加工精度相適應,生產中常使用百分表、中心規、高度表、尋邊器等工具。

       

 

Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “機械製造技術教程_8數控加工工藝