數(shù)控加工中心中的圓弧插補(bǔ)

數(shù)控加工中心中的圓弧插補(bǔ)

一、中小型企業(yè)數(shù)控設(shè)備使用現(xiàn)狀數(shù)字技術(shù)、電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合，為工業(yè)生產(chǎn)和加工帶來了活力。在信息產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下,全球產(chǎn)業(yè)格局正在進(jìn)行新的布局和調(diào)整,中國將變成全球制造中心已經(jīng)成為不爭的事實(shí)。數(shù)控加工在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床因加工范圍廣、效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等因素在一些企業(yè)特別是中小型企業(yè)得到了很大的應(yīng)用和發(fā)展。在信息化工程進(jìn)程中,設(shè)備技術(shù)的全面更新需要一個(gè)過程。據(jù)機(jī)械工業(yè)教育發(fā)展中心和華中科技大學(xué)國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心2003年7月的調(diào)查結(jié)果表明:我國現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備中,按照通常的分類標(biāo)準(zhǔn),高檔型、普及型和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床各占30.30%、34.65%和35.05%?！捌胀ā昂汀敖?jīng)濟(jì)型”的數(shù)控裝備共占企業(yè)現(xiàn)有數(shù)控裝備的70.10%。這項(xiàng)調(diào)查只在重點(diǎn)大型企業(yè)中進(jìn)行,如果將中小型企業(yè)的設(shè)備也納入調(diào)查范圍的話,那么普通和經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控裝備就占有相當(dāng)大的比重。因此,如何提高普通和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備的使用率,有效發(fā)揮這部分設(shè)備在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用,根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備狀況,結(jié)合先進(jìn)的編程技術(shù),合理選擇加工工藝,有著很重大的意義。本文就數(shù)控加工中心(數(shù)控銑床)和立銑刀提出一種利用圓弧插補(bǔ)功能進(jìn)行精加工孔的方法。二、螺旋插補(bǔ)的簡介在對零件圖紙進(jìn)行數(shù)控編程時(shí),圖紙上零件的形狀主要是由直線和曲線組成,這樣在編程時(shí),就會(huì)用到直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ),圓弧插補(bǔ)時(shí),加入第三軸進(jìn)給稱為螺旋插補(bǔ)。1、圓弧插槽指令g02和g03圓弧插補(bǔ)指令命令刀具在指定平面內(nèi)按給定的進(jìn)給速度F做圓弧運(yùn)動(dòng),切削出圓弧輪廓。b《麻黃插補(bǔ)》和麻黃插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)指令分為順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令(G02)和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)。從垂直于圓弧所在平面的坐標(biāo)軸的正方向看到的刀具運(yùn)動(dòng)方向,順時(shí)針方向?yàn)镚02,逆時(shí)針方向?yàn)镚03。如圖1。確定圓弧的終點(diǎn)和中心在零件上切削加工圓弧時(shí),不僅要用G02/G03指出圓弧的順逆時(shí)針方向,用X、Z指定圓弧的終點(diǎn)坐標(biāo),而且還要指定圓弧的中心位置。常用指定圓心位置的方式有兩種,因而G02/G03的指令格式有兩種:a、用I、J、K指定圓心位置(X、Z平面)b.用圓弧半徑R指定圓心位置保參點(diǎn)型數(shù)控銑床設(shè)置石線定義,把構(gòu)成cA.采用絕對值編程時(shí),圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)為圓弧終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值,用X、Z表示;當(dāng)采用增量值編程時(shí),圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)為圓弧終點(diǎn)相對于圓弧起點(diǎn)的增量值。B.數(shù)控銑床的圓心坐標(biāo)為I、J、K,表示圓弧起點(diǎn)到圓弧中心所作矢量分別在X、Y、Z坐標(biāo)軸方向上的分矢量(矢量方向指向圓心)。如圖2所表示圓心相對于圓弧起點(diǎn)的距離。C.當(dāng)用半徑指定圓心位置時(shí),由于在同一半徑R的情況下,從圓弧的起點(diǎn)到終點(diǎn)有兩個(gè)圓弧的可能性,為區(qū)別二者,規(guī)定圓心角α≤180°時(shí),用“+R”表示;α>180’時(shí),用“-R”表示。圖3所表示圓弧半徑。D.用半徑R指定圓心位置時(shí),不能描述整圓。2、基本功能在加工編程中的應(yīng)用螺旋插補(bǔ)功能是各類數(shù)控銑及加工中心的數(shù)控系統(tǒng)所具有的一個(gè)基本功能,其功能是在圓弧插補(bǔ)的同時(shí),還有第三軸同時(shí)產(chǎn)生移動(dòng),這樣在加工時(shí)就產(chǎn)生了螺旋性加工。在加工編程中靈活使用此功能可以給編程者提供解決某些加工需要的特殊手段。其格式如下:三、采用圓弧插槽法代替加工中的精確應(yīng)用1、圓插補(bǔ)加工孔的編制在孔加工中,加工中心多采用圓弧插補(bǔ)鏜孔的辦法進(jìn)行孔加工。圓弧插補(bǔ)鏜孔加工具有加工精度高、效率高的優(yōu)點(diǎn),但鏜孔加工必須是一把鏜刀只對應(yīng)一個(gè)加工尺寸,是一段一段的進(jìn)行加工。根據(jù)指令格式,就可以編出圓弧插補(bǔ)加工孔的程序。圓弧插補(bǔ)的加工軌跡分為三部分:引入段、加工循環(huán)和導(dǎo)出段。(1)刀具的引入過程圓弧插補(bǔ)加工不能直接使刀具切入材料,刀具切入材料必須有引入過程,否則會(huì)造成刀具損傷。引入段加工程序設(shè)計(jì)成一直線插補(bǔ),只是刀具半徑要小于加工孔的孔徑。通常,刀具的半徑補(bǔ)償值也是在引入段軌跡中加上的。(2)初始點(diǎn)的補(bǔ)償完成引入段軌跡后,刀具完全切入材料,進(jìn)入孔加工的起始點(diǎn)。在這里,刀具的半徑補(bǔ)償也已完全補(bǔ)上。刀具從這里開始進(jìn)行完整的圓弧插補(bǔ),進(jìn)行孔加工。(3)加工程序的設(shè)計(jì)完成孔加工后,刀具仍需由一段導(dǎo)出程序退出。導(dǎo)出段與引入段一樣也是一段直線插補(bǔ)程序。導(dǎo)出時(shí)刀具半徑補(bǔ)償逐漸退掉。實(shí)際的零件往往有多個(gè)孔,如果每個(gè)孔都要單獨(dú)編制加工程序的話,加工程序就會(huì)非常冗長累贅,不便使用。所以,我們常常采用子程序或者是戶宏指令的編程形式,這樣每次進(jìn)行這類加工時(shí)只要直接賦值給參數(shù),調(diào)用程序就可以了。下面是一段采用華中數(shù)控系統(tǒng)編制切削加工的子程序,現(xiàn)假設(shè)有孔需要加工,孔口圓心坐標(biāo)為(40,20,0),孔徑為30,深度為3,進(jìn)給量應(yīng)采用值為40,刀徑補(bǔ)號為01:2、生成孔需插補(bǔ)加工程序使用立銑刀,利用螺旋插補(bǔ)功能進(jìn)行銑削加工在某些情況下可以作為鏜孔替代方法。螺旋插補(bǔ)銑孔代鏜孔的加工軌跡比較簡單:刀具按照螺旋插補(bǔ)的方式從進(jìn)刀點(diǎn)進(jìn)刀,開始加工進(jìn)給,每周銑進(jìn)一個(gè)深度,逐次指定螺旋插補(bǔ)進(jìn)給,直到完成孔加工的全部深度。如果是盲孔,在孔底還需加人一段圓插補(bǔ)指令以保證孔底平面質(zhì)量。使用這種方法,可以用一把銑刀加工多個(gè)不同尺寸的孔。在編制加工程序時(shí),需要計(jì)算各加工孔的插補(bǔ)半徑和需要的插補(bǔ)進(jìn)給次數(shù)。有時(shí)要加工的孔比較多,如果每個(gè)孔均要分別計(jì)算編程,程序就比較繁瑣冗長。這里,我們?nèi)钥梢圆捎镁幹谱映绦蚧蛴脩艉瓿绦虻姆椒▉砗喕庸こ绦颉，F(xiàn)假設(shè)有孔需要加工,孔口圓心坐標(biāo)為(40,20,0),孔徑為30,深度為15,進(jìn)給量應(yīng)采用值為40,刀徑補(bǔ)號為01,下面是一段螺旋銑孔的子程序:G02J5Z2F40此部分程序自動(dòng)判斷Z向剩余加工深度此程序中包含了對加工深度的自動(dòng)判斷和加工循環(huán)指令,#10、#11不同賦值可用于對不同深度的孔進(jìn)行加工。如需要提高孔加工精度,可以采用將徑向余量縮小,進(jìn)行半徑補(bǔ)償循環(huán)加工。使用螺旋插補(bǔ)的方法進(jìn)行孔的精加工,需注意以下問題:(1)由于加工中心的圓弧插補(bǔ)得到的圓精度要受到系統(tǒng)的插補(bǔ)計(jì)算精度、設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)精度以及機(jī)床各軸幾何精度等諸因素的影響,插補(bǔ)加工后的幾何精度誤差是必然存在的。因此,必須明確所用機(jī)床的實(shí)際精度能否滿足要求的加工精度。(2)所用刀具的尺寸應(yīng)足夠大,以保證刀具鋼度,加工時(shí)不致因刀具的變形過大影響加工精度。另外,刀具的錐度誤差也會(huì)影響加工精度。(3)刀刃的破缺部分會(huì)造成加工面的不平整,因此不能使用損壞了的刀具,以免影響加工精度。(4)加工精度與所使用的刀具材質(zhì)、被加工零件材質(zhì)有關(guān)。3、使用立銑刀時(shí)的使用問題加工中心多用鏜削的辦法進(jìn)行孔加工。鏜(鉸)孔加工具有加工精度高、效率高的優(yōu)點(diǎn),但鏜(鉸)孔加工必須是一把鏜(鉸)刀只對應(yīng)一個(gè)加工尺寸,一個(gè)孔一般需要粗、精加工多次,每次均需使用一把刀具,因而鏜(鉸)孔占用刀具、刀位多,加工工件時(shí),經(jīng)常造成現(xiàn)有刀具不敷使用,刀庫位占滿等情況。對于一些特殊不常用尺寸的孔,如果也配備專門的鏜刀,則會(huì)長期閑置,造成資金浪費(fèi)。使用立銑刀,利用螺旋插補(bǔ)功能進(jìn)行銑削加工在某些情況下可以作為鏜孔替代方法。一般的數(shù)控加工則是直接軸向進(jìn)刀,造成刀具端面的中心部分切削速度接近0,此部分的加工條件極為惡劣,造成加工精度不高;而圓弧螺旋插補(bǔ)在加工過程中,行走的路線是螺旋線,所以避免了刀具端面中心部分切削速度接近0的可能,極大地提高了刀具和機(jī)床的使用壽命,同時(shí)還提高了工件的加工精