在激烈競(jìng)爭(zhēng)的今天,產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化會(huì)在一定 程度上提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于復(fù)雜零件的加工,在機(jī)械行 業(yè),從工藝上來(lái)講主要有工序分散和工序集中兩大原則。工 序分散是傳統(tǒng)的加工工藝,每臺(tái)機(jī)床只完成一道或幾道工 序。工序集中是在一次裝夾過(guò)程中完成許多工序或全部工 序。例如要加工一個(gè)端面有外形輪廓的回轉(zhuǎn)體零件,釆用傳 統(tǒng)的加工方法只能是在普通的數(shù)控車(chē)床上加工回轉(zhuǎn)體部分, 然后在數(shù)控銑床上裝夾找正,繼續(xù)端面外形輪廓的加工。這 樣的工藝不能在一次裝夾過(guò)程中完成所有工序的加工,工件 的二次裝夾,勢(shì)必影響零件的相互位置加工精度和生產(chǎn)效 率;如果釆用工序集中的工藝方法,就要有工序高度復(fù)合的 機(jī)床,車(chē)銑復(fù)合加工中心的出現(xiàn),就為工序集中提供了機(jī)床保障。車(chē)銑復(fù)合加工中心是在直角坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上,增加了 極坐標(biāo)系功能,使得數(shù)控機(jī)床在一次裝夾后既能進(jìn)行外圓柱 面加工又能進(jìn)行回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件端面多邊形輪廓或多邊形凹 槽的加工。甚至還可以在工件端面進(jìn)行盤(pán)形凸輪和刻字加工。
1、車(chē)銑復(fù)合加工中心的相關(guān)坐標(biāo)及切削運(yùn)動(dòng)
數(shù)控車(chē)床在編程時(shí)使用右手直角笛卡爾坐標(biāo)系,但是在 端面加工編程時(shí)使用極坐標(biāo)系,這個(gè)坐標(biāo)系的建立是在與車(chē) 床Z軸垂直的平面內(nèi),由互相垂直的虛軸(C軸)和實(shí)軸(X 軸)組成,極坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)與程序原點(diǎn)重合,虛軸C軸 的單位不是度,而是毫米,且用半徑值表示。
一般的車(chē)銑復(fù)合加工中心都有兩種加工模式,根據(jù)加工 零件的結(jié)構(gòu)使用不同的刀具系統(tǒng),在其不同的加工模式支持 下進(jìn)行加工。常用的加工模式:一是普通的車(chē)削加工模式, 在該模式下,車(chē)銑復(fù)合就等同于常規(guī)數(shù)控車(chē)床,工件的旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng),主要?jiǎng)恿?lái)源于主軸伺服電動(dòng)機(jī),進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 有車(chē)刀的縱向或橫向來(lái)完成,主要在X-Z平面內(nèi)進(jìn)行加工。 二是具有動(dòng)力功能的銑削加工模式,在該模式下,工件的回轉(zhuǎn)(C軸的回轉(zhuǎn))不再是主運(yùn)動(dòng),它和X、Z軸一起完成進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)。而主運(yùn)動(dòng)切換到高速回轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)類(lèi)刀具,它的動(dòng)力主 要有C軸伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)提供。在該模式下,機(jī)床具有X、Z 和C (繞Z軸旋轉(zhuǎn)的軸,簡(jiǎn)稱(chēng)C軸)三個(gè)坐標(biāo)軸,此時(shí)兩軸 聯(lián)動(dòng)機(jī)床變成三軸聯(lián)動(dòng)控制,當(dāng)然也可以進(jìn)行二維坐標(biāo)編 程。主要是在X-Z平面;X-C極坐標(biāo)平面;Z-C柱面。由于 篇幅有限這里只研究X-C極坐標(biāo)平面的應(yīng)用。
2、 極坐標(biāo)插補(bǔ)功能對(duì)的定義
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))。即將X-C極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)系, 執(zhí)行極坐標(biāo)插補(bǔ)指令后坐標(biāo)原點(diǎn)仍為原工件坐標(biāo)系的原點(diǎn), 垂直于X軸的假想直線軸為C’軸,現(xiàn)在的C’軸不再是原 來(lái)表示工件回轉(zhuǎn)角度的C軸而是表示長(zhǎng)度的直線C’軸。如 圖二,這種方法主要用于車(chē)床上切削端面或端面凸輪。
3、 極坐標(biāo)插補(bǔ)功能 指令格式:
N…G12.1 啟動(dòng)極坐標(biāo)插補(bǔ)方式
N…G13.1 極坐標(biāo)插補(bǔ)方式取消
指令說(shuō)明及編程注意事項(xiàng):
(1) 在程序編制中實(shí)軸X的坐標(biāo)用直徑值表示,虛軸C 的坐標(biāo)用半徑值表示,不能用角度表示。
(2) 極坐標(biāo)插補(bǔ)模式下刀具半徑補(bǔ)償算法與其它坐標(biāo)模
式下算法不同,因此在機(jī)床處于刀具補(bǔ)償模式下,G12.1指 令不能被執(zhí)行,要想執(zhí)行G12.1插補(bǔ)模式機(jī)床必須處于刀具 補(bǔ)償取消狀態(tài)。
(3) 在指定指令G12.1之前,必須設(shè)定一個(gè)工件坐標(biāo)系, 回轉(zhuǎn)軸中心是該坐標(biāo)系的原點(diǎn),且在G12.1方式中,坐標(biāo)系 絕對(duì)不能改變。
(4) 在執(zhí)行G12.1指令過(guò)程中,不能使系統(tǒng)復(fù)位或斷開(kāi) 電源等操作,否則極坐標(biāo)插補(bǔ)被取消。刀具將撞向工件,造 成刀具損壞或損壞機(jī)床。
(5) 在使用刀具半徑補(bǔ)償模式時(shí),注意銑刀半徑輸入機(jī) 床,否則造成工件過(guò)切或欠切。
(6) 啟動(dòng)極坐標(biāo)插補(bǔ)方式G12.1,極坐標(biāo)插補(bǔ)方式取消 G13.1必須在單個(gè)程序段內(nèi)使用。
4、回轉(zhuǎn)軸的切削進(jìn)給速度
極坐標(biāo)插補(bǔ)將直角坐標(biāo)系中的刀具運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)軸 (C-軸)和直線軸(Z-軸)的刀具運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)毒咭苿?dòng)到快接 近工件中心時(shí),進(jìn)給速度的C-軸分量變大,會(huì)超過(guò)C-軸的 最大切削進(jìn)給速度(由機(jī)床參數(shù)設(shè)定),產(chǎn)生報(bào)警,為防止 C-軸分量超過(guò)C-軸最大切削進(jìn)給速度,應(yīng)降低F地址指令的 進(jìn)給速度,或者編程程序使刀具不能接近工件中心。
如圖三,在直線L1、L2和L3中,AX是刀具在直角坐 標(biāo)系中進(jìn)給速度為F的單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離,當(dāng)?shù)毒邚?/span>L1 移動(dòng)到L2和L3時(shí),刀具在直角坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)于AX每單位 時(shí)間移動(dòng)角度增加從a1到a2到a3。換句話說(shuō),進(jìn)給速度的c-軸分量在刀具接近工件中心時(shí)變大了。因?yàn)樵谥苯亲鴺?biāo) 系中的刀具運(yùn)動(dòng)已經(jīng)轉(zhuǎn)換為C-軸和X-軸的刀具運(yùn)動(dòng),進(jìn)給 速度的c分量會(huì)超過(guò)c-軸的最大切削進(jìn)給速度。
L:當(dāng)?shù)毒咧行慕咏ぜ行臅r(shí)刀具中心和工件中心之間 的距離(以mm為單位)
RC軸的最大切削進(jìn)給速度(deg/min)
則,在極坐標(biāo)插補(bǔ)中可以用地址F指令的速度可由下列 給出,指令的速度允許值,由該式計(jì)算,且提供理論值;實(shí) 際使用時(shí),由于計(jì)算誤差,必須使用比理論值稍小一些的值。
5、極坐標(biāo)插補(bǔ)功能應(yīng)用案例(外六角堵頭的加工)
由于篇幅有限,本零件非極坐標(biāo)插補(bǔ)程序?qū)⑹∪ィ谶@ 里只編制端面外六方輪廓程序(極坐標(biāo)插補(bǔ)功能的應(yīng)用)。
在編程之前,須確定加工時(shí)刀具所經(jīng)過(guò)的工件各點(diǎn)在極 坐標(biāo)系XOZ中的坐標(biāo)值(X向?yàn)橹睆街担?/span>C向?yàn)榘霃街?/span>), 刀具的切削路線為(如圖四):PA-P1-P2-P3-P4-P5-P6-PE, 坐標(biāo)值為:PA(X36.4,C17)P1(X36.4,C10.5)P2(X36.4, C-10.5)P3(X0,C-21)P4(X-36.4,C-10.5)P5(X-36.4, C10.5)P6(X0,C21)PE(X46,C7.7)。
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參考程序: |
說(shuō)明 |
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00003; |
程序名 |
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T1010; |
設(shè)定刀具 |
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G94F150; |
定義進(jìn)給量 |
|
G97S1500M13; |
設(shè)定銑刀轉(zhuǎn)速 |
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M52; |
啟動(dòng)C軸,進(jìn)入銑削狀態(tài) |
|
G12.1; |
極坐標(biāo)插補(bǔ)生效 |
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G41G01X36.4C17F200; |
進(jìn)行刀具半徑左補(bǔ)償 |
|
Z-34; |
刀具定位至Z-34處 |
|
X36.4C10.5; |
刀具由PA-P1 |
|
C-10.5; |
刀具由P1-P2 |
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X0C-21; |
刀具由P2-P3 |
|
X-36.4C-10.5; |
刀具由P3-P4 |
|
C10.5; |
刀具由P4-P5 |
|
X0C21; |
刀具由P5-P6 |
|
X46C7.7; |
刀具由P6-PE |
|
|
|
Z5; |
刀具退刀至Z5處 |
|
G40X60Z10; |
取消刀具半徑補(bǔ)償 |
|
G13.1; |
取消極坐標(biāo)插補(bǔ)模式 |
|
M53; |
取消C軸,機(jī)床退出銑削狀 |
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態(tài),進(jìn)入車(chē)削狀態(tài) |
|
M15; |
銑刀旋轉(zhuǎn)停止 |
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G0X80Z100; |
退刀至安全位置 |
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M30; |
程序結(jié)束 |
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結(jié)束語(yǔ)
目前的車(chē)銑復(fù)合加工中心正朝著更大工藝范圍、更高效 率、大型化以及模塊化的方向發(fā)展,已不再局限于三軸聯(lián)動(dòng) 的車(chē)銑中心,在國(guó)外已有五軸聯(lián)動(dòng)的以車(chē)為主同時(shí)兼顧強(qiáng)大 功能的銑、磨等工作復(fù)合的多功能機(jī)床。運(yùn)用在航空航天、 精密制造、汽車(chē)制造等各個(gè)領(lǐng)域。其優(yōu)點(diǎn)是工序高度集中, 在一次裝夾后完成大部分或全部工序,從而提高零件的行為 精度及生產(chǎn)效率提供了有力保證。但是車(chē)銑復(fù)合加工機(jī)床在 我國(guó)的使用才剛剛起步,還有很多問(wèn)題需要解決,特別是加 工工藝、編程技術(shù)、機(jī)床維護(hù)、生產(chǎn)管理等領(lǐng)域也急需研究 提高。值得慶幸的是有很多院校和企業(yè)已加入研制工序高度 復(fù)合的機(jī)床行列。
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