数控车削加工技巧大全.docx
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数控车削加工技巧大全.docx
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数控车削加工技巧大全
1.数控车削加工中妙用G00及保证尺寸精度的技巧
一、程序首句妙用G00的技巧
目前我们所接触到的教科书及数控车削方面的技术书籍,程序首句均为建立工件坐标系,即以G50XαZβ作为程序首句。
根据该指令,可设定一个坐标系,使刀具的某一点在此坐标系中的坐标值为(XαZβ)(本文工件坐标系原点均设定在工件右端面)。
采用种方法编写程序,对刀后,必须将刀移动到G50设定的既定位置方能进行加工,找准该位置的过程如下。
1.对刀后,装夹好工件毛坯;
2.主轴正转,手轮基准刀平工件右端面A;
3.Z轴不动,沿X轴释放刀具至C点,输入G50Z0,电脑记忆该点;
4.程序录入方式,输入G01 W-8 F50,将工件车削出一台阶;
5.X轴不动,沿Z轴释放刀具至C点,停车测量车削出的工件台阶直径γ,输入G50Xγ,电脑记忆该点;
6.程序录入方式下,输入G00XαZβ,刀具运行至编程指定的程序原点,再输入G50XαZβ,电脑记忆该程序原点。
上述步骤中,步骤6即刀具定位在XαZβ处至关重要,否则,工件坐标系就会被修改,无法正常加工工件。
有过加工经验的人都知道,上述将刀具定位到XαZβ处的过程繁琐,一旦出现意外,X或Z轴无伺服,跟踪出错,断电等情况发生,系统只能重启,重启后系统失去对G50设定的工件坐标值的记忆,“复位、回零运行”不再起作用,需重新将刀具运行至XαZβ位置并重设G50。
如果批量生产,加工完一件后,回G50起点继续加工下一件,在操作过程中稍有失误,就可能修改工件坐标系。
鉴于上述程序首句使用G50建立工件坐标系的种种弊端,笔者想办法将工件坐标系固定在机床上,将程序首句G50XαZβ改为G00XαZβ后,问题迎刃而解。
其操作过程只需采用上述找G50过程的前五步,即完成步骤1、2、3、4、5后,将刀具运行至安全位置,调出程序,按自动运行即可。
即使发生断电等意外情况,重启系统后,在编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程的程序段,按自动运行方式继续加工即可。
上述程序首句用G00代替G50的实质是将工件坐标系固定在机床上,不再囿于G50XαZβ程序原点的限制,不改变工件坐标系,操作简单,可靠性强,收到了意想不到的效果。
二、控制尺寸精度的技巧
1.修改刀补值保证尺寸精度
由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差,不能满足加工要求时,可通过修改刀补使工件达到要求尺寸,保证径向尺寸方法如下:
绝对坐标输入法
根据“大减小,小加大”的原则,在刀补001~004处修改。
如用2号切断刀切槽时工件尺寸大了0.1mm,而002处刀补显示是X3.8,则可输入X3.7,减少2号刀补。
b.相对坐标法
如上例,002刀补处输入U-0.1,亦可收到同样的效果。
同理,对于轴向尺寸的控制亦如此类推。
如用1号外圆刀加工某处轴段,尺寸了0.1mm,可在001刀补处输入W0.1。
2.半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度
对于大部分数控车床来说,使用较长时间后,由于丝杆间隙的影响,加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。
这时,我们可在粗加工之后,进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。
如用1号刀G71粗加工外圆之后,可在001刀补处输入U0.3,调用G70精车一次,停车测量后,再在001刀补处输入U-0.3,再次调用G70精车一次。
1.笔者从事数控加工技术的学习与实践已有四个年头,总结了一些数控铣削加工编程中刀具半径补偿及新工艺的应用技巧,在此以实例分析解说的方式与大家分享:
一、圆孔的加工:
如图1(下页)所示,对于此类的圆孔,孔径尺寸不大不小(一般指φ20~φ40)、孔深不是太深(一般不超过20mm)、精度要求也不是太高(一般指IT7级)。
在数控铣床上可直接用一把立铣刀完成。
工艺及编程分析:
1、刀具的选择:
对于此类的圆孔,工件材料若为45#钢调质处理,可选一把硬质合金立铣刀,刀具的直径要根据孔的直径来确定。
刀具直径太小,那么刀具走一整圆下来可能中间还有一定的残料铣不到,刀具直径太大,可能刀具在这个小范围内连刀补都建不起来。
假定孔径为φD、刀具直径为φd、它们之间的关系应是:
D/3<d<D/2
分析计算后发现可以在φ12和φ14中选一种,刀具直径越大、铣削效率当然就越高,所以最终确定选φ14的三刃立铣刀。
2、由于数控铣床良好的机械性能,特别是滚珠丝杆采用双螺母调隙,不存在反向窜刀的现象,从提高刀具耐用度和降低加工表面粗糙度的角度考虑,一般优先采用顺铣。
按传统的铣削工艺,加工内腔需先钻一个工艺孔、再扩孔,那么,钻孔、换刀、建坐标系(主要是Z轴长度设定)、编程等会浪费一定的时间,我们可以以“少吃走快”的方法,即每次慢下刀0.5mm左右、主轴转速尽量高、走刀速度尽量快(此时的切削要素主要由刀具性能决定),这样以来刀具主要是受高转速下的离心力,切削力的影响已经不大。
而且加工的铁屑均为颗粒状,加上冷却液的冲刷可以带走大量的切削热、降低切削温度。
该方法下切削加工的时间并没有增加、反而省去了大部分的辅助工作时间。
3、编程路径的确定:
注意一定要采用圆弧过度的切向切入和切出法,过度圆弧的半径r必须大于刀具的半径、且小于圆孔的半径,否则刀具路径就不是我们想要的那样。
选择r=8mm,刀具实际的中心轨迹
4、粗精加工的安排和程序处理:
把刀具路径编在一个子程序里、每次慢下刀0.5mm、子程序连续调用24次、刀补值设定为7.2、即可完成粗加工;精加工只需调用一次子程序、一次下刀到孔底、走刀量减小5倍、刀补值设定为理论值、其它不变、即可完成精加工。
5、参考加工程序:
(注:
按华中世纪星系统编程,切削参数仅供参考)
粗加工程序:
%0001
程序名
N1
G54G90G40G17G94
建立工件坐标系,程序初始化
N2
M03S2500
主轴正转,转速2500r/min
N3
G00X0Y0Z10M07
快速定位,打开切削液
N4
G01Z0F300
定位到切削起点
N5
M98P1000L24
调用24次子程序
N6
G01Z10F300
加工完成抬刀
N7
G00Z100M09
抬刀至安全位置,关闭切削液
N8
M30
主程序完并复位
N9
%1000
子程序名
N10
G91G01Z-0.5F50
增量慢下刀0.5mm
N11
G90G01G41X8Y-8D01F1000
绝对编程,建立左刀补(刀补值7.2mm)
N12
G03X16Y0R8
圆弧过度切向切入
N13
I-16J0
铣削整圆
N14
X8Y8R8
圆弧过度切向切出
N15
G01G40X0Y0
取消刀补,回到下刀起点
N16
M99
子程序完
(精加工时只需将N5中“L24”删掉,N10中改为“Z-12”,刀补值改成理论值即可)。
由此例可见,通过巧妙应用刀具半径补偿、选择合理的刀具、制定最优化的刀具路径和新工艺“少吃走快”的大胆应用,就能快速、高效、准确地加工出类似的孔类零件。
二、内外壁的加工
要在一个平面上铣出一条封闭的沟槽,槽宽有精度要求。
在数控铣床上也可用一把立铣刀完成。
通过图形和工艺分析应选一把φ12硬质合金三刃立铣刀,加工思路也应该是“少吃走快”。
现在关键的问题是图素较复杂,各节点计算难度大。
按常规的编程思路就要把内外壁轮廓上各点坐标先计算出来,再把加工内壁编写一个程序、加工外壁编写一个程序,然后分别加工。
显而易见,在竞赛类的场合或急需时这种方法非常浪费时间。
能不能通过巧妙地应用刀具半径补偿,使工作量大减、节约时间,又能合理地加工出类似的合格工件呢?
我们只需按尺寸标注计算出图4中所示内壁上A、B、C、D、E、F、G、H各点坐标值(其实只有B、C、F、G四点中任意一点需计算),确定下刀点为O点,按图4所示轨迹建立刀补编写一个程序即可。
当加工内壁时,把刀补值设为刀具的实际半径,此时走出的轮廓;
加工外壁时,刀补值设为(槽宽-刀具半径),此时走出的轮廓
采用此方法加工内外壁的特点就是只需编写一个程序,通过不断修改刀补值来完成内外壁的粗精加工。
需要注意的是精加工内壁时采用的是顺铣,精加工外壁时采用的是逆铣,所以加工过程中还需要合理调整切削加工参数,以获得最好的加工效果。
参考加工程序:
(注:
按华中世纪星系统编程,切削参数仅供参考)
粗加工程序:
%0001
程序名
N1
G54G90G40G17G94
建立工件坐标系,程序初始化
N2
M03S3000
主轴正转,转速3000r/min
N3
G00X-47.5Y0Z10M07
快速定位,打开切削液
N4
G01Z0F300
定位到切削起点
N5
M98P1000L10
调用10次子程序
N6
G01Z10F300
加工完成抬刀
N7
G00X0Y0Z100M09
抬刀至安全位置,关闭切削液
N8
M30
主程序完并复位
N9
%1000
子程序名
N10
G91G01Z-0.5F50
增量慢下刀0.5mm
N11
G90G01G41X-40Y10D01F1000
绝对编程,建立左刀补
N12
G02X-24Y18R10
A→B圆弧进给
N13
G03X24R40
B→C圆弧进给
N14
G02X40Y10R10
C→D圆弧进给
N15
G01Y-10
D→E直线进给
N16
G02X24Y-18R10
E→F圆弧进给
N17
G03X-24R40
F→G圆弧进给
N18
G02X-40Y-10R10
G→H圆弧进给
N19
G01Y10
H→A直线进给
N20
G01G40X-47.5Y0
取消刀补,回到下刀起点
N21
M99
子程序完
(需要注意的是粗加工内外壁设置刀补值要把精加工余量考虑进去,而且内壁是在刀补值上加上余量、外壁是在刀补值上减去余量,想想为什么?
)
类似这种内外壁加工、薄壁加工、阴阳模加工等,都是根据图纸尺寸标注只计算一条轮廓上的节点,巧妙设置下刀起点,正确加入刀补指令,合理设置刀补值及切削参数来完成工件的加工。
三、轮廓周边倒圆角的加工
提起轮廓周边倒圆角的加工大家可能感到疑惑,这跟刀具半径补偿的应用有关系吗?
轮廓周边倒圆角那属于曲面加工,应该用CAM软件自动生成加工程序,这样既方便又准确。
当然笔者不否认CAM软件的强大功能。
当你看了下面这个用设置刀具半径补偿手工编写宏程序在轮廓周边倒圆角的例子之后,一定颇有感慨。
如图6所示,两圆两边用直线相切连接形成一个封闭轮廓,要在此轮廓周边倒半径为6mm的圆角。
这种轮廓若用CAM软件自动生成加工程序,需要把三维图形画出来,按照曲面加工的思路来进行。
用过CAM软件的人就应该知道,如果真的是非常复杂的曲面用手工编程无法完成的情况下,那当然没有选择。
CAM软件生成的曲面加工程序往往要走上好几个小时(甚至数十个小时),所以像图6这样的例子我们就千万不要选择CAM软件加工。
手工编程、建立刀补、编写宏程序,是最佳思路。
我们只需要计算出图7所示A、B、C、D、E几个节点坐标,分两步走。
第一步:
选择一把稍大一点的硬质合金三刃立铣刀,按图7所示选择一个下刀点,建立刀补编写轮廓二维加工程序。
注意粗精加工的切削参数选用和刀补值的设置。
以最快最准的速度加工出二维轮廓。
可见只要刀具性能好,此道工序用不了多长时间。
第二步:
加工周边圆角。
曲面加工,选择球头铣刀要比平底立铣刀好的多。
编辑宏程序的思路是先选择一个合适的剖切平面,在平面上做数学模型分析,推导出相关参数的计算程式,再结合空间几何概念,建立循环语句。
通过该例分析,我们还是按轮廓建立刀补编程,根据每一层面上刀补的偏置值不同,循序渐进,一层一层把圆角铣出来。
我们选择φ8硬质合金球头铣刀(当然不一定要选φ8,根据实际情况选择,不同规格刀具导致某些参数不同),很明显,在铣削的第一层上,刀位点在工件坐标系下的Z轴高度是-6,按照图形轮廓,此时的刀补值为4(即刀具半径值);在铣削的最后一层上,刀位点在工件坐标系下的Z轴高度是4,按照图形轮廓,此时的刀位点向轮廓里面偏置了一个圆角半径量(即刀补值为-6)。
我们把第一层到最后一层看成一个从0°到90°的圆弧,刀位点在任意一点上对应的角度为#1,那么,对应的#1角度下的当前Z轴高度#4和当前刀补值#101就可以通过函数关系式表达出来。
祥见参考加工程序:
(注:
按华中世纪星系统编程,切削参数仅供参考)
加工程序:
%0001
程序名
N1
G54G90G40G17G94
建立工件坐标系,程序初始化
N2
M03S3000
主轴正转,转速3000r/min
N3
G00X-35Y-20Z10M07
快速定位,打开切削液
N4
G01Z-6F300
定位到切削起点
N5
#1=0
设置初始角度
N6
#2=90×PI/180
设置终止角度
N7
#3=2×PI/180
设置每层步距角度
N8
WHILE#1LE#2
循环判别
N9
#4=10×SIN[#1]-6
计算Z轴当前高度
N10
#101=10×COS[#1]-6
计算当前刀具半径补偿值
N11
G01Z[#4]F300
Z轴抬刀
N12
G01G41X-30Y0D[#101]F1500
加入刀补O→A直线进给
N13
G02X6Y29.4R30
A→B圆弧进给
N14
G01X54Y9.6
B→C直线进给
N15
G02Y-9.6R20
C→D圆弧进给
N16
G01X6Y-29.4
D→E直线进给
N17
G02X-30Y0R30
E→A圆弧进给
N18
G01G40X-35Y-20
A→O返回起点并取消刀补
N19
#1=#1+#3
当前角度位置增量步进
N20
ENDW
返回循环,继续判别
N21
G01Z10F300
循环完毕,Z轴抬刀
N22
G00X0Y0Z100M09
抬刀至安全位置,关闭切削液
N23
M30
程序完并复位
(宏程序的应用其实就是数学知识的应用,大家能分析各种图形的数学模型就能毫不费力地编写出宏程序。
)
我们通常理解的刀具半径补偿是在数控系统的刀具参数寄存器中设置一个常量。
此例就打破了传统的思维,原来刀补也可以设置成变量,用来加工一些典型曲面。
就此例而言,用该程序加工周边圆角只需十多分钟(已通过实验证明),而且程序相当简洁。
跟CAM软件编程加工相比,只要编程熟练,所有的工作时间加起来也要比CAM加工快得多。
其实不单单只是此例,任意图形周边倒圆角、倒方角、倒任意斜角、铣曲面等等,都可以应用刀补设变量的方法编写宏程序进行加工。
数控车床与普通车床相比具有适应性强,加工精度高,生产效率高,能完成复杂型面的加工等特点。
随着新产品的开发,其形状越来越复杂,精度要求也越来越高,无疑要充分发挥数控车床的优点。
圆弧加工就体现了数控车床的优点。
但是,在实际加工大圆弧时,由于加工工艺的选择不当或缺少辅助计算工具常常出现编程困难,重者出现异常加工误差。
对此引起了我的注意,通过长期的试切实验,证明应用下面方法在圆弧编程中思路简单,加工出的零件精度高。
下面我以几种常见零件为例与大家一起讨论。
一、圆弧分层切削法
1)圆弧始点、终点均不变,只改变半径R
如图a所示,在零件加工一个凸圆弧,根据过两点作圆弧,半径越小曲率越大的原则,因此在切削凸圆弧时,可以固定始点和终点把半径R由小逐渐变大至规定尺寸。
但要注意,圆弧半径最小不得小于成品圆弧弦长的一半。
图a
N10G01X40Z-5F0.3;
N20G03X40Z-25R10.2F0.2;
N30G00X53;
N40Z-5;
N50G01X40F0.3;
N60G03X40Z-25R12F0.2;
N70G00X53;
N80Z-5;
N90G01X40F0.3;
N100G03X40Z-25R16F0.1:
2)圆弧始点、终点坐标变化,半径R不变
如图b所示,在零件上加工一个凹圆弧,为了合理分配吃刀量,保证加工质量,采用等半径圆弧递进切削,编程思路简单。
图b
N10G01X54Z-30F0.3;
N20G02X60Z-33R10F0.2;
N30G00X54Z-30;
N40G01X48F0.3;
N50G02X60Z-36R10F0.2;
N60G00X48Z-30;
N70G01X42F0.3;
N80G02X60Z-39R10F0.2;
N90G00X42Z-30;
N100G01X40F0.3;
N110G02X60Z-40R10F0.1;
3)圆弧始点、终点坐标,半径R均变化
如图c所示,在零件一端加工一个半球,在该种情况下,走刀轨迹的半径R等于上次走刀半径R与Z(或X)方向的变化量∆Z(∆X)之差。
图c
N10G01X0Z10F0.3;
N20G03X60Z-20R30F0.2;
N30G00Z6;
N40X0;
N50G03X60Z-20R26F0.2;
N60G00Z2;
N70X0;
N80G03X60Z-20R22F0.2,
N90G00Z0;
N100X0;
N110G03X60Z-20R20F0.1;
二、先锥后圆弧法
该方法是先把过多的切削余量用车锥的方法切除掉,最后一刀走圆弧的路线切削圆弧成型,如图d所示。
图d
图d
N10G01X102Z-30F0.3;
N20G90X100Z-50I-5F0.2;
N30I-10;
N40I-15;
N50I-20;
N60G01X60Z-30F0.3;
N70G02X100Z-50R20F0.1;
当是凸圆弧时,可根据几何知识算出ab段的长度,然后再车锥,最后车弧,如图e所示。
图e
db=1.414R+R=0.414R
ab=1.414*db=0.585R
留取一部分精加工余量,则ab取0.5R,
ab=bc
根据1中的方法先加工出锥形,然后再精车圆弧。
三、结束语
在数控加工中,往往机床操作者也是零件切削程序的编制者,这就要求编制的程序工艺简单,调整方便,加工精度高等。
在操作现场没有CAD制图软件、计算机等辅助计算工具时,采用上述方法编程切削圆弧可大大减少计算量。
思路简单,工艺得体,延长刀具的使用寿命,加工出来的零件精度高,为圆弧类零件的加工带来方便。
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