典型零件外形銑削加工中的工藝分析與編程技巧

【摘要】通過分析典型零件外形輪廓結(jié)構(gòu)的數(shù)控加工工藝，闡述數(shù)控銑削加工的工藝及設(shè)計(jì)過程。總結(jié)出編程中如何利用刀具半徑補(bǔ)償功能對零件進(jìn)行粗精加工的方法。

【關(guān)鍵詞】典型零件外形銑削加工 工藝分析 編程技巧

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450－9889(2012)01C－0191－02

數(shù)控機(jī)床是一種技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的機(jī)電一體化加工設(shè)備，是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，數(shù)控銑床是目前使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。在使用數(shù)控銑床加工零件外形輪廓時(shí)，數(shù)控加工編程人員需要具體分析零件的加工工藝、走刀軌跡、切削用量等方面內(nèi)容，這些內(nèi)容不僅關(guān)系到零件的加工質(zhì)量，也影響加工效率和成本。同時(shí)，要想在數(shù)控加工中心和數(shù)控銑床上編制出更合理、更完善的加工程序，最重要的是很好地掌握和利用刀具補(bǔ)償功能并能正確地使用指令掌握數(shù)控編程的一些技巧。正確使用刀具半徑補(bǔ)償功能，可以避免各種過切現(xiàn)象，有效簡化計(jì)算、提高編程的效率和加工精度。

一、數(shù)控銑床加工工藝分析

數(shù)控銑床加工工藝分析涉及面廣泛，可從可能性和方便性兩方面分析。一方面，零件圖紙中的尺寸數(shù)據(jù)應(yīng)滿足編程方便。在數(shù)控加工的零件圖紙上，應(yīng)以同一基準(zhǔn)標(biāo)注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。在手工編程時(shí)，要計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；在自動(dòng)編程時(shí)，要對構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進(jìn)行定義。另一方面，零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性要符合數(shù)控加工的特點(diǎn)。零件在滿足使用要求的前提下，最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸，從而減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)，簡化編程。數(shù)控加工應(yīng)盡量采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位，否則會因工件的多次安裝定位誤差而導(dǎo)致工件加工的形位誤差。分析零件所要求的加工精度，需要確認(rèn)尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等是否得到保證，有無引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等。

二、數(shù)控銑床加工工藝設(shè)計(jì)

第一，工藝路線的設(shè)計(jì)。數(shù)控銑床的加工過程分為多個(gè)階段。粗加工階段：切除大部分加工余量，使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品。半精加工階段：使主要表面達(dá)到一定的精度，為主要表面的精加工做好準(zhǔn)備，并完成一些次要表面的加工。精加工階段：使各主要表面達(dá)到圖紙規(guī)定的質(zhì)量要求。光整加工階段：對于質(zhì)量要求很高的表面，須進(jìn)行光整加工，主要用于進(jìn)一步提高尺寸精度和減小表面粗糙度值。

第二，夾具與刀具的設(shè)計(jì)。單件小批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用組合夾具、通用夾具或可調(diào)夾具。成批生產(chǎn)時(shí)，可采用專用夾具。還要求夾具在數(shù)控機(jī)床上安裝準(zhǔn)確，能協(xié)調(diào)工件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。一般優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，也可采用各種復(fù)合刀具以及其他一些專用刀具。還可選用各種先進(jìn)刀具，如可轉(zhuǎn)位刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷涂層刀具等。刀具的類型、規(guī)格和精度等級應(yīng)符合加工要求，刀具材料應(yīng)與零件材料相適應(yīng)。

第三，走刀路線的設(shè)計(jì)。確定走刀路線應(yīng)考慮加工質(zhì)量，盡可能地縮短走刀路線，編程計(jì)算應(yīng)簡單，減少程序段數(shù)以及“少換刀”、“少走空刀”等。

第四，切削用量的設(shè)計(jì)。切削用量主要包括背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速以及進(jìn)給速度等。切削速度對刀具耐用度影響最大，其次是進(jìn)給量，切削深度影響最小。考慮到切削用量與刀具耐用度的關(guān)系，在選擇粗加工切削用量時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用大的切削厚度，再考慮采用大的進(jìn)給量，最后才是選擇合理的切削速度。精加工時(shí)刀尖磨損往往是影響加工精度的重要因素，因此應(yīng)選用耐磨性好的刀具材料。

三、典型零件外形銑削加工工藝分析與編程實(shí)例

分析并編制出如圖1所示零件的外形輪廓。

第一，加工路線。以A點(diǎn)為程序原點(diǎn)，建立工件坐標(biāo)系，即在圖2建立的工件坐標(biāo)系中，求得各點(diǎn)的x、Y坐標(biāo)值為：A(0，0)，B(－130，0)，C(－130，40)，D(－110，40)，E(－110，100)，F(xiàn)(－50，100)，G(0，50)，起刀點(diǎn)P(60，－60)，切入點(diǎn)(60，0)，切出點(diǎn)(0，60)。

加工順序?yàn)锳－B－C－D－E－F－G－A，加工時(shí)切線切入切出。

第二，裝夾定位的確定。用螺栓將兩塊壓板固定蠟?zāi)５膬蓚?cè)，使蠟?zāi)Ｊ冀K處于工作臺中心位置。

第三，選擇刀具。根據(jù)加工要求，選用圓柱銑刀(φ16)。

第四，確定切削用量。粗銑主軸轉(zhuǎn)速為500 r/rain，進(jìn)給速度為200 mm/min，精銑主軸轉(zhuǎn)速為1000 r/min，進(jìn)給速度為100mm/min。

第五，程序編制。根據(jù)FANUC數(shù)控系統(tǒng)的程序格式，編制如圖3所示零件的外形精加工程序，深度為6 m/n。參考程序如下：

％1000

N10 G40 G80 G49 G90 G54；(程序初始化)

N20 M03 S500；(主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速500r/min)

N30 G00 X60 Y－60 Z10；(快速定位到程序起點(diǎn)P)

N40 G01 G41 Y0 D01 F200；(刀具半徑補(bǔ)償，并移至P1

N50 Z－6；(下刀至深6mm)

N60 X－130；

N70 G03 X－130 Y40 R20；

N80 G01 X－110；

N90 X－100 Y100；

N100 X－50；

N110 G02 X0 Y50 R50；

N120 G01 Y－60；(切線切出)

N130 Z10；(提刀)

N140 G40 G00 X60 Y－60 M05；(取消刀具半徑補(bǔ)償，移至起刀點(diǎn))

N150 M30；(主程序結(jié)束)

第六，刀具半徑補(bǔ)償在外形銑削加工中的應(yīng)用。在輪廓加工過程中，由于刀具總有一定的半徑，刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡與所需加工零件的實(shí)際輪廓并不重合，所以在進(jìn)行零件輪廓加工時(shí)，刀具中心偏離零件的表面一個(gè)刀具半徑值。這種偏移，稱為刀具半徑補(bǔ)償。根據(jù)零件輪廓編制的程序和預(yù)先設(shè)定的偏置參數(shù)，數(shù)控系統(tǒng)能自動(dòng)完成刀具半徑補(bǔ)償功能。刀具半徑補(bǔ)償功能的使用中，沿著刀具走刀前進(jìn)方向看，當(dāng)?shù)毒咴谳喞淖筮厼樽笱a(bǔ)償，用G41表示；刀具在輪廓的右邊時(shí)為右補(bǔ)償，用G42表示，如圖3所示。

從上述例子中得知：零件切削厚度為6 mm，粗精加工均采用φ16mm普通高速鋼立銑刀，精加工余量為0.2mm，那么，粗加工刀具半徑補(bǔ)償值為8.2 mm，刀具半徑補(bǔ)償偏置號為D01，精加工刀具半徑補(bǔ)償值為8 mm，刀具半徑補(bǔ)償偏置號為D02。在加工過程直接調(diào)用其半徑補(bǔ)償值，便可以實(shí)現(xiàn)同一程序、同一把刀對零件進(jìn)行粗、精加工。

第七，零件在編程加工過程的注意事項(xiàng)。(1)編程加工時(shí)，為保證零件的加工質(zhì)量，應(yīng)切線切入切出或相切圓弧切入切出。(2)半徑補(bǔ)償?shù)淖⒁馐马?xiàng)中，注意G41、G42、G40只能與G00或G01一起使用，不能與G02、G03一起使用。(3)G41、G42為模態(tài)指令，兩者不能重復(fù)使用，必須各自與G40成對使用。(4)編程時(shí)，為保證刀補(bǔ)建立、取消時(shí)刀具與工件的安全，建議采用G01運(yùn)動(dòng)方式來建立或取消刀補(bǔ)。如要采用COO運(yùn)動(dòng)模－式，須先在加工到零件輪廓前就要建立好刀補(bǔ)，或刀具完全離開零件輪廓才撤銷刀補(bǔ)。(5)如何避免過切問題。一是直線移動(dòng)量不能小于銑刀半徑。二是刀具半徑應(yīng)大于所加工工件內(nèi)側(cè)圓弧，及銑削槽底寬要大于刀具直徑。三是使用刀具半徑補(bǔ)償和去除刀具半徑補(bǔ)償時(shí)，刀具必須在所補(bǔ)償?shù)钠矫鎯?nèi)移動(dòng)，且移動(dòng)距離應(yīng)大于刀具半徑補(bǔ)償值。

通過對零件上外形輪廓結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析和編程，可知要想獲得更高的加工精度，走刀路線的確定和銑削方向的選擇都會形成較大的影響。編程時(shí)通過修改刀具半徑補(bǔ)償半徑值可以對零件進(jìn)行巧妙的粗、精加工，同時(shí)對簡化編程和提高數(shù)控加工質(zhì)量會帶來很大的幫助。