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1   加工工艺

数控机床在编程过程中,加工工艺问题是首先要解决的,主要有加工方法的选择、 加工工序的编排、 工件的装夹、 对刀点和换刀点位置的确定、 加工路线的确定、 刀具及切削用量的选择等一系列工艺问题。

1. 1  分析零件图

该零件是具有外螺纹的轴类零件,如图 1 所示, 材料为 45号钢,零件最大外径是f40mm, 则毛坯可选 f45mm 的棒料,机床则选数控车床。

   1. 2   加工工艺分析

保证在工件装夹完成后能实现所有加工, 如果一次装夹进行多道加工工序时, 则应考虑把对工件刚度削弱较小的工序安排在先,以减小加工变型。

 ( 1) 加工工序的安排:外圆粗车 ) 切螺纹退刀槽 ) 外圆精车 ) 车螺纹 ) 切断完成加工 ) 平端面, 保证总长。

 ( 2) 选择刀具: 01 号为 55 度的外圆粗车刀, 02 号刀宽为4mm 的外槽及切断刀, 03 号为35 度的外圆精车刀, 04 号为 60 度的外螺纹刀。

( 3) 采用 G71指令进行外圆粗、 精加工时, 每次切削深度为 2. 5mm, 每次退刀量为 0. 5mm, X 方向的精加工余量为0. 4mm, Z方向的精加工余量为 0. 02mm。

1. 3   机床坐标系和工件坐标系的区分

在数控加工编程中涉及到机床坐标系和工件坐标系。数控机床的坐标系规定已标准化, 按右手笛卡尔来确定,一般假设工件静止,通过刀具相对工件的移动来确定机床各移动轴的方向。机床坐标系是机床上固有的坐标系, 机床坐标系的方位是参考机床上一些基准确定的。

工件坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素( 点、直线和圆弧)的位置而建立的坐标系, 是程序的参考坐标系,工件坐标系的位置以机床坐标系为参考点, 但随工件的变化而变化。

2  多把刀对刀方法及技巧

2. 1   对刀原理

FANUC Oi- mate系统数控车床中机床坐标系的确定: 机床正常开机后,在对刀之前首先将机床回一次零点( 参考点) ,操作完成后,机床坐标系建立。工件坐标系的建立是通过手动试切法对刀方式来完成的,下面就探讨此种方式下对刀完成工件坐标系的设定, 如图2 所示。

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2. 2  试切法对刀

2. 2. 1   用 01号 55 度外圆车刀建立工件坐标系

 ( 1) 机床正常开机后,首先将机床回一次参考点, 先回+ X轴再回+ Z 轴(考虑尾座) ,从而建立机床坐标系。

 ( 2) 手动方式将刀架从参考点往工件附近移动, 先移- Z再移- X( 考虑尾座)。

 ( 3) 用手轮方式将 01号外圆车刀把工件右端面试切一刀至中心, 随后刀具沿+ X 方向退回,此时 Z 轴不能移动, 点击MDI 键盘上的 offset setting 键,进入刀具补偿界面, 按 CRT显示器软键所对应的形状, 在01 号刀 Z 轴中输入 Z0( 如图 3 所示) ,点击控制面板上的/ 刀具测量0 , 再点击软键对应的/ 测量0 , 01 号刀具 Z轴对刀完成, 即 01号刀具 Z轴工件坐标系建立,此时 Z轴可随意移动。

 ( 4)用手轮方式将 01 号外圆车刀试车工件外圆一段(这一段不必太长也不必太深, 长度只要能放上游标卡尺或千分尺就可以,深度要保证不影响整个零件前段尺寸的加工) , 将刀具沿+ Z 轴移出, 此时 X 轴不能移动,停主轴用游标卡尺或千分尺测量刚被车过的地方,图 4( a)游标卡尺测量,如图 2已车表面, 点击 MDI键盘上的 offset setti ng 键, 进入刀具补偿界面,按 CRT 显示器软键所对应的形状, 在 01 号刀 X 轴中输入测量得来的数值,如图 4( b) 所示,点击控制面板上的/ 刀具测量0 ,再点击软键对应的/ 测量0 , 01 号刀具 X 轴对刀完成, 即1 号刀具 X 轴工件坐标系建立, 此时 X 轴可随意移动。

 ( 5) 将刀架移至安全位置, 把需进行对刀操作的 02 号刀转到切削加工位置。

2. 2. 2  对 02 号外切槽刀对刀

 ( 1) 将 02 号外切槽刀沿- Z 靠近工件右端面, 此时由于01号刀已经定位 Z轴工件坐标系,所以 02 号刀不能再次切削右端面,应采用/ 碰刀法0。用手轮方式将 02 号刀具沿- Z 方向靠近右端面,当刀具离工件非常近时将手轮的进给倍率调至最小。当在进给过程中看到有切屑飞出时, 停止- Z 方向的进给,沿+ X 轴将刀退出,此时 Z 轴不能移动, 点击MDI 键盘上的offset setting键, 进入刀具补偿界面,按 CRT 显示器软键所对应的形状, 在02 号刀 Z轴中输入 Z0, 点击控制面板上的刀具测量0 ,再点击软键对应的/ 测量0 , 02号刀具 Z 轴对刀完成,此时 Z 轴可随意移动。

 ( 2) 02号 X 轴对刀方式的操作同 01号 X 轴对刀方式。

 ( 3) 将刀架移至安全位置, 把需进行对刀操作的 03 号刀转到切削加工位置。

2. 2. 3  对 03 号 35 度外圆车刀对刀

 ( 1) 将 03号 35 度外圆车刀沿- Z 靠近工件右端面, 此时由于 01号和 02 号刀已经定位 Z轴工件坐标系,所以 03 号刀同样不能再次切削右端面, 应采用跟 02 号对刀方式一样的/ 碰刀法0, 03号 Z轴对刀方式的操作同 02号 Z轴对刀方式。

 ( 2) 03号 X 轴对刀方式的操作同 01 号和 02号 X 轴对刀方式。

 ( 3) 将刀架移至安全位置, 把需进行对刀操作的 04 号刀转到切削加工位置。

2. 2. 4  对 04 号 60 度外螺纹刀对刀

由于外螺纹刀的刀位点比较特殊, 图 2 所示 60 度外螺纹刀刀尖正好在刀柄中间,所以可以首先测量一下刀柄的宽度, 假设通过测量得来图 2 中 04 号刀刀柄宽为 8mm, 则刀尖距离刀柄 4mm, 则04号刀 Z 轴对刀操作应按如下更精确:

 ( 1) 用左刀柄面碰工件右端面, 操作如 02 号和 03 号刀 Z轴对刀方式, 当有切屑飞出时, 刀具沿+ X 退出, 此时 Z轴不能移动, 点击 MDI 键盘上的 offset setting 键, 进入刀具补偿界面,按 CRT 显示器软键所对应的形状, 在04 号刀 Z轴中输入Z0,点击控制面板上的/ 刀具测量0 , 再点击软键对应的/ 测量0 ,接着输入 Z- 4, 点击软键对应的/ + 输入0 , 04 号刀具 Z轴对刀完成,此时 Z轴可随意移动。

 ( 2) 04 号X 轴对刀方式的操作同01 号、 02 号和03 号X 轴对刀方式。

完成上述步骤后, 图 2所示的四把刀具对刀完成,将刀架移到安全位置。由此可知, 不同的刀具在对刀时有不同的操作方法和技巧。

3  程序编制及说明

此程序采用试切法对刀方式编程, 程序最后不用将基准刀换到加工位置, 需要将基准刀换到加工位置并移至起刀点的是采用 G50 对刀方式的编程, 所以采用试切法对刀不仅对刀简单易掌握,而且编程也简单容易。

O0001

N1;

G0G40G97G99S600M03F0. 25 T0101;

X47. Z2. ;

G71U2. 5R0. 5;

G71P10Q11U0. 4W0. 02;

N10G0G42X0;

G01Z0;

X13. 85C2. ; ( 外螺纹切削加工存在挤压变形,此处用螺纹大径减去了挤压变形量 0. 15)

Z- 28. ;

X21. ;

X30. Z- 50. ;

Z- 67. ;

G02X40. Z- 72. R5. ;

G01Z- 90. ; ( 考虑切断刀刀宽)

N11G0G40X47. ;

G28U0W0M05; (回参考点, 此处也可改为回中 间点, 即X150. Z150. )

M00;

N2;

G0G40G97G99S600M03F0. 25 T0202;

X23. Z- 28. ;

G01X11. 3F0. 15;

X23. F0. 3;

W1. ;

X11. F0. 15;

W- 1. ;

X23. F0. 3;

G28U0W0M05; ( 回参考点, 此处也可改为回中间点, 即X150. Z150. )

M00;

N3;

G0G40G97G99S1000M03F0. 25T0303;

X43. Z2. ;

G70P10Q11;

G28U0W0M05;

M00;

N4;

G0G40G97G99S500M03 T0303;

X16. Z2. ;

G92X13. 6Z- 25. F2. ;

X13. 2;

X12. 8;

X12. 4;

X12. ;

X11. 6;

X11. 4;

X11. 4; (螺纹小径重复两步写, 可使螺纹底槽更光滑)

G28U0W0M05;

M30;

同一个零件,当由不同的编程人员进行编程时, 所编的程序将会有所不同,但通过此程序加工出的零件将会更加精确,主要是在此编程中编程人员注意到了每个阶段的测量和散热措施,因为保证工件尺寸的正确性是我们生产加工的首要问题和注意事项,因此在此编程中,每一段程序中都运用了暂停指令,即在粗车、 切槽和精车完毕后采用辅助功能 M 指令中的M00 让程序无条件停止, 当程序中运行 M00 指令时, 机床自动停止,加工中有此步骤是非常重要的,因为操作者可进行工件尺寸的检验、 调整或排屑等,并且还能起到一定的散热作用,保证了零件尺寸的精确度。此操作完成后, 只要启动机床操作面板上的/ 循环启动0按钮, 程序会接着往下运行。

结语

在实际的数控加工中, 编程和对刀都非常重要, 其中一个操作不正确,轻者加工不出合格的零件,重者会发生撞刀的危险或危及到操作者的人身安全。因此, 在进行对刀和编程时,操作者必须思路严谨, 操作规范。在数控加工中, 只要工程技术人员和操作者集思广益,认真了解所用数控设备的特点和功能,掌握数控方面的知识和技巧,不管什么型号的数控设备都能充分发挥其效益。

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