数控专业毕业论文 数控车床加工程序的优化问题.doc

第页共页数控车床加工程序的优化问题针对Faunc0iMateTc进行分析我们在数控车上加工的零件主要还是以回转件为主其加工精度一般都比较高而往往加工精度高出废品率也比较高那么我们如何才能保证高的精度而出废品率低当然要达到高精度低废品率的要求需要考虑的各方面的原因而本论题主要是侧重于从程序这一角度来分析旨在使车床编程人员在满足工艺要求的前提下编制出即简洁运算量小又能使机床损耗小刀具磨损小的程序一简析数控车床的工艺方面问题编制数控机床加工零件程序需要处理一系列的工艺问题在普通机床上加工零件的工艺实际上就是一个工艺卡片机床加工的切削用量走刀路线工序内的工步安排等往往都是操作工人自行决定而数控机床是按程序进行加工的因此加工中的所有工序工步每道工序的切削用量走刀路线加工余量以及所用刀具的尺寸类型等都要预先确定好并编入程序中为此要求一个合格的编程人员首先应该是一个很好的工艺员并对数控机床的性能特点和应用切削规范和标注刀具系统非常熟悉否则就无法做到全面周到地考虑零件加工全过程无法正确合理地确定零件加工程序其加工工艺主要包括机床加工的切削用量工序划分及安排走刀路线加工顺序等11切削用量的选择切削用量的选择数控加工零件时其切削用量都预先编到加工程序里面在正常的情况下是人工部允许变动的只有在试切削或是出现异常情况时才允许通过速度调节或是电手轮调节其切削用量因此程序中所选的切削用量一般是最合理最优化的这样才可以提高其数控加工机床的加工精度刀具寿命和生产率降低加工成本影响数控加工切削用量的因素有1机床切削用量的选择必须在机床主传动功率进给传动功率主轴转速范围之内机床刀具工件系统的刚性是限制切削用量的重要因素切削用量的选择使机床刀具工件系统部发生较大的颤动对于热稳定性好热变形小刚性好的数控机床可以适当加大切削用量2刀具刀具材料是影响切削用量的有一重要因素常用的刀具材料有高速钢硬质合金陶瓷和金刚石金刚石刀片性能最好允许很高的切削速度耐磨性好硬度高硬度随温度变化小数控机床所采用的刀具多是部刃磨可换刀片机夹刀片机夹刀片的材料形状和尺寸必须与程序中切削速度和进给量相适应并存入刀具参数里面对于标准刀片的参数可参考有关的手册或是产品样本3工件加工工件的材料不同所选用的刀具材料刀片的类型也不同要注意其可切削性优良的切削性能的标志在高的切削速度下有效的形成切屑较小的饿道具磨损良好的表面加工质量采用较高的切削速度较小的背吃刀量和进给量可以获得较好的表面粗糙度采用合理的恒切削速度较小的背吃刀量和进给量可获得较高的加工精度工件的测量除首件全面检验外应隔一段时间对工件的重要尺寸进行检验控制刀具的磨损量及时进行刀具的补偿或更换刀片4冷却液冷却液具有冷却和润滑的作用冷却液能带走切削过程中产生的热量降低工件刀具夹具和机床的升温减少刀具与工件的摩擦与磨损提高刀具寿命和工件的表面加工质量使用冷却液还能提高切削用量冷却液必须定期更换以防老化腐蚀机床导轨或其他零件12工序划分的安排1刀具的集中分序法该法是按所用刀具来划分工序的方法用同一把刀完成零件上所所有可以完成的部位再用第二把刀第三把刀完成他们可以完成的部位这样可以减少换刀第页共页的次数压缩空行程时间减少不必要的定位误差2粗精加工分序法对于单个零件要先粗加工半精加工而后在精加工对于一批零件要应先全部进行粗加工半精加工最后在进行精加工且粗精加工之间最好先隔一段时间以使粗加工后的零件的变形得到充分地恢复然后再进行精加工以提高零件的加工精度注尤其是对于易变形的零件或是对精度要求较高的零件必须将粗精加工放在不同的工序下进行3按加工部位分序法一般是先加工平面定位面后加工孔先加工简单的几何形状再加工复杂的几何形状先加工精度低的部位再加工精度高的部位13加工路线的选择原则及加工顺序的安排加工路线的安排及确定加工路线是指数控机床加工过程中刀具的运动轨迹和方向每一道工序的加工路线的确定都是非常重要的因为它影响着零件的加工精度及表面粗糙度其加工路线的总体划分原则为保证加工精度及粗糙度使得空行程最少及加工路线最短计算也要方便但是在加工路线的确定中还需考虑以下几点1应尽量减少进退刀时间和其他辅助时间2选择合理的进退刀位置尽量避免沿零件轮廓法向切入和进给中途停顿且进退刀的位置应选在不重要的位置上3加工路线一般是先加工外轮廓然后再加工内轮廓加工顺序的安排重点是为了保证定位夹紧时工件的刚性和保证加工精度一般可按以下原则来进行1上道工序加工部影响下道工序的装夹特别是定位2以相同的装夹方式或同一把刀加工的工序尽可能采用集中的连续加工减少重复装夹更换刀具等辅助时间3同一次安装中的加工内容以对零件刚性小的内容先行二车床数控系统的G指令及其插补方式概述21车床数控系统常用G指令1快速定位G00格式G00XUZW说明XZ为绝对编程时快速定位终点在工件坐标系中的坐标UW为增量编程时快速定位终点相对于起点的位移量G00指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点G00指令中的快移速度由机床参数快移进给速度对各轴分别设定不能用F规定注意在执行G00指令时由于各轴以各自速度移动不能保证各轴同时到达终点因而联动直线轴的合成轨迹不一定是直线操作者必须格外小心以免刀具与工件发生碰撞常见的做法是将X轴移动到安全位置再放心地执行G00指令G00一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀快移速度可由面板上的快速修调按钮修正G00为模态功能可由G01G02G03或G32功能注销2直线插补G01格式G01XUZWF说明XZ为绝对编程时终点在工件坐标系中的坐标UW为增量编程时终点相对于起点的位移量F合成进给速度G01指令刀具以联动的方式按F规定的合成进给速度从当前位置按线性路线联动直线轴的合成轨迹为直线移动到程序段指令的终点G01是模态代码可由G00G02G03或G32功能注销3圆弧进给G02G03第页共页格式G02XUZWIKF说明G02G03指令刀具按顺时针逆时针进行圆弧加工圆弧插补G02G03的判断是在加工平面内根据其插补时的旋转方向为顺时针逆时针来区分的加工平面为观察者迎着Y轴的指向所面对的平面注意G02顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补XZ为绝对编程时圆弧终点在工件坐标系中的坐标UW为增量编程时圆弧终点相对于圆弧起点的位移量IK圆心相对于圆弧起点的增加量等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标在绝对增量编程时都是以增量方式指定在直径半径编程时I都是半径值R圆弧半径F被编程的两个轴的合成进给速度4螺纹切削G32格式G32XUZWF说明XZ为绝对编程时有效螺纹终点在工件坐标系中的坐标UW为增量编程时有效螺纹终点相对于螺纹切削起点的位移量F螺纹导程即主轴每转一圈刀具相对于工件的进给值注意从螺纹粗加工到精加工主轴的转速必须保持一常数在没有停止主轴的情况下停止螺纹的切削将非常危险因此螺纹切削时进给保持功能无效如果按下进给保持按键刀具在加工完螺纹后停止运动在螺纹加工中不使用恒定线速度控制功能在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段和降速退刀段以消除伺服滞后造成的螺距误差5内外径切削循环G90圆柱面内外径切削循环格式G90XZF说明XZ绝对值编程时为切削终点在工件坐标系下的坐标增量值编程时为切削终点相对于循环起点的有向距离6端平面切削循环G94格式G94XZF说明XZ绝对值编程时为切削终点在工件坐标系下的坐标增量值编程时为切削终点相对于循环起点的有向距离7螺纹切削循环G92格式G92XUZWF说明XZ绝对值编程时为螺纹终点在工件坐标系下的坐标增量值编程时为螺纹终点相对于循环起点的有向距离F螺纹导程8复合循环有四类复合循环分别是G71内外径粗车复合循环G72端面粗车复合循环G73封闭轮廓复合循环G70精车循环运用这组复合循环指令只需指定精加工路线和粗加工的吃刀量系统会自动计算粗加工路线和走刀次数1内外径粗车复合循环G71格式G71UdRrG71PnsQnfXxZzFfSsTt第页共页d切削深度每次切削量r每次退刀量ns精加工路径第一程序段的顺序号nf精加工路径最后程序段的顺序号xX方向精加工余量zZ方向精加工余量fst粗加工中G71程序段中编程的FST有效而精加工处于ns到nf程序段之间的FST有效注意G71指令必须带有PQ地址nsnf且与精加工路径起止顺序号对应否则不能进行该循环加工ns的程序段必须为G00G01指令在顺序号为ns到顺序号为nf的程序段中不应包含子程序2端面粗车复合循环G72格式G72WdRrG72PnsQnfXxZzFfSsTt说明该循环与G71的区别仅在于切削方向平行于X轴3固定形状复合循环G73格式G73UiWkRdG73PnsQnfXxZzFfSsTt说明适用于铸造锻造毛坯与最终零件有相似外形4精车循环G70格式G70PnsQnf22数控机床中的插补原理在理解插补的基本概念之前应先首先理解脉冲当量的含义在数控机床中刀具或是工件最小的位移量是机床坐标轴运动的一个分辨单位由检测装置辨识称为分辨率闭环系统或称为脉冲当量开环系统又称之为最小设定单位可见刀具的运动轨迹在微观上是由许多的小线段构成的折线不可能使刀具严格按照所要求的零件轮廓进行运动因此只能用折线逼近所要求的廓形曲线而插补的实质就是使数控系统根据零件轮廓线型的有限信息包括直线的起点终点圆弧的起点终点等计算出刀具的一系列的加工点完成所谓的数据的密化工作也就是说插补有两层意思一是产生基本线型二是用基本线型拟合其他轮廓曲线如图所示常见的插补方式有圆弧插补方式直线插补方式三椭圆宏程序的编制由于数控车床加工对象为各种类型的回转面其中对于圆柱面锥面圆弧面球面等的加工第页共页可以利用直线插补和圆弧插补指令完成而对于椭圆等一些非圆曲线构成的回转体加工起来具有一定的难度这是因为大多数的数控系统只提供直线插补和圆弧插补两种插补功能更高档的数控系统提供双曲线正弦曲线和样条曲线插补功能但是一般都没有椭圆插补功能因此在数控机床上对椭圆的加工大多采用小段直线或者小段圆弧逼近的方法来编制椭圆加工程序在这里结合工作实践对车削椭圆轮廓的宏程序的编制方法进行探讨31椭圆宏程序的编制原理数控系统的控制软件一般由初始化模块输入数据处理模块插补运算处理模块速度控制模块系统管理模块和诊断模块组成其中插补运算处理模块的作用是依据程序中给定的轮廓的起点终点等数值对起点终点之间的坐标点进行数据密化然后由控制软件依据数据密化得到的坐标点值驱动刀具依次逼近理想轨迹线的方式来移动从而完成整个零件的加工依据数据密化的原理我们可以根据曲线方程利用数控系统具备的宏程序功能密集的算出曲线上的坐标点值然后驱动刀具沿着这些坐标点一步步移动就能加工出具有椭圆抛物线等非圆曲线轮廓的工件32椭圆宏程序的编制步骤宏编程一般步骤1首先要有标准方程或参数方程一般图中会给出2对标准方程进行转化将数学坐标转化成工件坐标标准方程中的坐标是数学坐标要应用到数控车床上必须要转化到工件坐标系中3求值公式推导利用转化后的公式推导出坐标计算公式4求值公式选择根据实际选择计算公式5编程公式选择好后就可以开始编程了下面分别就工件坐标原点与椭圆中心重合偏离等2种情况进行编程说明1工件坐标原点与椭圆中心重合椭圆标准方程为转化到工件坐标系中为根据以上公式我们可以推导出以下计算公式在这里我们取公式凸椭圆取号凹椭圆取号即X值根据Z值的变化而变化公式不能加工过象限椭圆所以舍弃第页共页下面就是FANUC系统0i椭圆精加工程序O0001程序名1100用1指定Z向起点值2100用2指定长半轴350用3指定短半轴G99T0101S500M03机床准备相关指令G00X150Z150M08程序起点定位切削液开X0Z101快速定位到靠近椭圆加工起点的位置N1WHILE1GE80DO1于80时执行DO1到END1之间的程序43SQRT11122计算X值就是把公式里面的各值用变量代替G01X42Z1F015直线插补1101步距01即Z值递减量为01此值过大影响形状精度过小加重系统运算负担应在满足形状精度的前提下尽可能取大值END1语句结束这里的END1与上面的DO1对应G01Z110加工圆柱面X102退刀G00X150Z150回程序起点M09切削液关M05主轴停止M30程序结束2工件坐标原点与椭圆中心偏离数控车床编程原点与椭圆中心不重合这时需要将椭圆ZX轴负向移动长半轴的距离使起点为0原公式转变为Z1454545编程原点与椭圆中心的Z向偏距此例中为100X1454545编程原点与椭圆中心的X向偏距此例中为0可推导出计算公式精加工程序O0001程序名10用1指定Z向起点值2100用2指定长半轴第页共页350用3指定短半轴5100Z向偏距G99T0101S500M03机床准备相关指令G00X150Z150M08程序起点定位切削液开X0Z1快速定位到靠近椭圆加工起点的位置N1WHILE15GE80DO1于80时执行DO1到END1之间的程序43SQRT1151522计算X值就是把公式里面的各值用变量代替G01X42Z15F015直线插补1101步距01即Z值递减量为01END1循环语句结束G01Z110加工圆柱面X102平圆柱的阶梯端面G00X150Z150M09快速退刀并切削液关M05主轴停止M30程序结束33完整粗精加工程序以上两个实例均只编写了精加工程序另外可以利用宏调用子程序进行粗加工下面以第一个图工件坐标原点与椭圆中心重合的零件为例说明O0001程序名695定义总的加工余量G99T0101S500M03机床的相关准备工作G00X150Z150M08程序起点位置切削液开G00X6Z101程序循环起点N10665每循环完一次X向进5M98P0002子程序的调用IF6GE0GOTO10执行N10到IF之间的语句G00X150Z150快退到换刀点M05主轴停止M30主程序结束O0002子程序1100用1指定椭圆加工Z向起点值2100用2指定长半轴350用3指定短半轴WHILE1GE80DO1于80时执行DO1到END1之间的程序43SQRT11122计算X值把数学公式用变量替代G01X426Z1F015进行直线1101步距01即Z值递减量为01END1循环语句结束G01Z110加工圆柱面X102平圆柱的阶梯端面G00Z101Z向退刀X6X向退刀循环起点M99子程序结束并返回主程序第页共页除了用标准方程加工椭圆外还可以用参数方程加工椭圆曲线在这里就不一一阐述了34加工椭圆的注意事项利用数控车床加工椭圆曲线应注意以下几点1车削后工件的精度与编程时所选择的步距有关步距值越小加工精度越高但是减小步距会造成数控系统工作量加大运算繁忙影响进给速度的提高从而降低加工效率因此必须根据加工要求合理选择步距一般在满足加工要求前提下尽可能选取较大的步距2对于椭圆轴中心与Z轴不重合的零件需要将工件坐标系进行偏置后然后按文中所述的方法进行加工结论不同的加工方案就会出现不同的加工路径每一条加工路径都有其各自的特色有的会是加工效率高但是机床和刀具的损耗大不宜于大批量加工而有的加工路径则效率适中机床和刀具的损耗相对较小从而在大批量生产时零件的尺寸精度波动比较小在使用宏程序编程大部分零件尺寸和工艺参数可以传递到宏程序中程序的修改比较方便图样改变时仅需修改几个参数因此柔性好极易实现系列化生产另外使用宏程序除了能加工椭圆面外还可以加工抛物线双曲线等非圆曲线有效的扩展数控机床的加工范围提高加工效率和品质充分发挥机床的使用价值主要参考文献卢增怀数控车床上椭圆的编程与零件的加工机械加工2007566孙摘茂数控机床加工编程技术M北京机械工业出版社2004北京发那克机电有限公司BEIJINGFANUCOM操作编程说明书Z北京北京发那克机电有限公司20004严爱珍机床数控原理与系统北京机械工业出版社19985郭培全数控机床编程与应用北京机械工业出版社20006于华数控机床编程与实例北京机械工业出版社1996