復(fù)合加工作為機(jī)械加工的發(fā)展方向之一,也是數(shù)控設(shè)備發(fā)展的一個主要方向邢垮。在多種復(fù)合加工的領(lǐng)域上,車銑復(fù)合加工是目前發(fā)展最完善的一個領(lǐng)域砚偶。在國內(nèi)外的各種展會上,我們可以看到很多機(jī)床廠家紛紛推出此類設(shè)備,作為高端設(shè)備的展示內(nèi)容躺酒。

車銑復(fù)合加工設(shè)備的價格往往比較昂貴,很多企業(yè)在做設(shè)備選型時,經(jīng)常將此類設(shè)備當(dāng)成專用機(jī)床來看待,但是并沒有賦予設(shè)備更多的使用范疇,往往是按照某個零件的工藝需求來制定設(shè)備采購計劃,在選擇設(shè)備類型前,首先考慮因設(shè)備折舊而造成的單件成本增加是否在允許的范圍之內(nèi),從而決定是否采購此類設(shè)備,很多的車銑復(fù)合加工設(shè)備都是在這種形勢下被引進(jìn)。之所以有此現(xiàn)象,原因是在于人們對于此類設(shè)備的應(yīng)用不夠了解,除了擔(dān)心日常維護(hù)的成本之外,對加工程序的編制也摸不著頭緒,所以人們更愿意選擇購買一臺五軸聯(lián)動加工中心和一臺數(shù)控車冀惭。此外,從理論上講車銑復(fù)合加工可以有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率,但是在實(shí)際應(yīng)用中,卻并不能盡如人意,其中的主要因素在于加工程序的編制震叙。

這里我們從如何提高設(shè)備的使用效率和擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域這兩個角度來探索一下如何編制車銑復(fù)合加工中心的加工程序。

首先我們來看一下如何提高雙刀架車銑中心的使用效率散休。在加工過程中,可以通過雙刀架的同步操作來完成零件的多個工序加工媒楼。同一個工件由于有多種加工工序,利用計算機(jī)輔助加工軟件完成零件編程的同時,可以通過工序的優(yōu)化,在加工條件允許的前提下,盡量使兩個刀架同時處于工作狀態(tài),無疑可以有效的縮短加工時間。下面是三個例子,通過這三個例子我們可以看到加工的效果锁澡。

可以通過上下刀架的同步設(shè)置,來更快地去除余量,粗車外形的同時,也完成了內(nèi)孔的粗鏜加工.

通過上下刀架的同步設(shè)置,完成一系列孔的加工,不僅提高了加工的效率,同時還可以通過鉆孔軸向力的相互抵消來減少工件變形的影響埋吊。

可以通過上下刀架的同步設(shè)置,一次完成兩段外形的加工。

雙刀塔的設(shè)備都具有雙通道的控制系統(tǒng),上下刀架可單獨(dú)控制,同步加工可以通過代碼中的同步語句來實(shí)現(xiàn)神翁。例如,在下面的代碼中,M10和 M15就是同步語句,同步語句的語法要求根據(jù)控制機(jī)的要求制定,同步語句的數(shù)量根據(jù)同步加工內(nèi)容決定愈苛。同步語句之間的內(nèi)容即為同步加工的內(nèi)容。

加工程序的優(yōu)化無疑可以提高生產(chǎn)效率,尤其對大批量的零件加工有著更加重要的意義,試想一下,每個零件的加工時間如果能夠節(jié)省1秒鐘,那么從成千上萬個零件上節(jié)省下來的時間和資源將是無法想象的。

我們再來看一下車銑復(fù)合加工設(shè)備應(yīng)用的領(lǐng)域伶门。他們除了可以應(yīng)用于某些產(chǎn)品的大批量加工,對于一些小批量或單件的生產(chǎn)中,車銑加工設(shè)備也大有用武之地于哩。因其具有至少一個旋轉(zhuǎn)軸的控制能力,至使它的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)展,甚至可以替代多坐標(biāo)聯(lián)動加工中心的工作。

下面是車銑加工設(shè)備在葉輪葉片加工中的應(yīng)用棵擂。葉片加工作為五坐標(biāo)加工的典型零件類型,有著巨大的市場需求见炫。其實(shí)這類零件大部分都可以在車銑加工中心上來完成,對于一些帶有B軸聯(lián)動的車銑設(shè)備來說,能夠加工的零件類型將更加廣泛。這類設(shè)備不僅具有車削功能,同時也可以完成三到五坐標(biāo)聯(lián)動的銑切工作,隨著機(jī)床硬件的發(fā)展,機(jī)床的剛性得以明顯改善,粗精加工可以一次完成,而且從工藝角度來看,車銑復(fù)合設(shè)備具有零件的裝夾定位簡單拙达、粗加工手段多樣得稼、排屑方便等優(yōu)點(diǎn)。同時車銑設(shè)備在價格方面與同檔次的多軸銑切加工中心相比也越來越接近俭驮。因此在車銑復(fù)合設(shè)備上來完成葉輪葉片的加工正逐步成為現(xiàn)實(shí)回溺。

對于普通的C&Y車銑設(shè)備,可以通過C軸聯(lián)動的方式完成葉片的加工,此類控制系統(tǒng)實(shí)際上是三軸控制系統(tǒng)。通過XZC三軸聯(lián)動來完成型面的加工,無須在機(jī)床上作更多的投入,只需要選擇一個可提供此功能的CAM軟件即可混萝。如圖1所示:

圖1

圖2

圖3

對于具有B軸功能的高端車銑設(shè)備來說,通過B軸擺角定位加工或是XYZBC五聯(lián)動加工,還可以獲得更好的加工表面質(zhì)量(圖2)遗遵。同時這類設(shè)備還可以完成更復(fù)雜的葉輪葉片的加工(圖3)。

車銑加工設(shè)備多數(shù)都自帶一些編程功能,例如Mazak matrix系列逸嘀、HEIDENHAIN CNC PILOT 3190 系列的控制系統(tǒng)都具有人機(jī)對話的交互式編程功能,不僅可以完成兩軸車削,而且還可以完成C&Y輔助動力頭的常規(guī)銑切加工編程工作,但是,對于一些具有復(fù)雜型面的零件加工就無能為力了车要。這時只能借助CAM軟件來實(shí)現(xiàn),因此對于車銑復(fù)合尤其是具有雙刀塔的高端車銑加工設(shè)備來說,要發(fā)揮出它應(yīng)有的性能,更離不開CAM軟件的支持。但是,在CAM軟件的應(yīng)用過程中,后處理的制定顯得尤為重要崭倘。

由于旋轉(zhuǎn)角度坐標(biāo)的存在,在CAM軟件中進(jìn)行編程操作時,人們習(xí)慣上使用刀尖點(diǎn)的絕對坐標(biāo)編程模式,生成的NC代碼在機(jī)床上運(yùn)行時,需要控制系統(tǒng)具有三維刀具長度補(bǔ)償?shù)墓δ?如圖4所示),根據(jù)實(shí)際使用的刀具長度L2,控制系統(tǒng)在三維空間上自動實(shí)現(xiàn)刀具長度補(bǔ)償翼岁。(注:實(shí)際上控制系統(tǒng)在補(bǔ)償計算時,計算的依據(jù)是L1+L2的值,而L1的值可以在機(jī)床調(diào)試完成后直接在機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)定)。如果控制系統(tǒng)沒有三維刀具長度補(bǔ)償功能,則需要事先在對刀儀上測量出刀具的長度,然后在CAM軟件環(huán)境下指定刀具長度參數(shù)后再生成加工程序,實(shí)際上生成的NC代碼中的坐標(biāo)點(diǎn)是回轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo),此類程序在應(yīng)用過程中,必須使用指定長度的刀具绳姨。(在上世紀(jì)末期,控制系統(tǒng)還不具備三維刀具長度補(bǔ)償功能時,都是使用此種方法來完成五軸坐標(biāo)程序的編制,為方便刀具的使用,機(jī)床主軸上通常增加一個可伸縮的套筒部件,來調(diào)整刀具長度為編程時設(shè)定的刀具長度)登澜。

圖4

圖5

無論是絕對坐標(biāo)編程還是回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)編程,對于車銑中心來說,B軸作為一個聯(lián)動軸還有一個特殊的處理方式,即B軸坐標(biāo)跟隨功能。我們以刀尖點(diǎn)絕對坐標(biāo)編程為例,看一下B軸坐標(biāo)跟隨功能的程序有哪些不同(B軸坐標(biāo)跟隨功能也可以使用回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)程序,這里暫時不做探討)飘庄。B軸坐標(biāo)跟隨功能與刀尖點(diǎn)絕對坐標(biāo)編程不同的是坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)(如圖5所示),如果使用B軸坐標(biāo)跟隨功能,Z軸始終跟隨刀具當(dāng)前的位置發(fā)生變化,但始終指向主軸的軸線方向,這樣在解算三維刀具補(bǔ)償?shù)臅r候,控制系統(tǒng)硬件的計算量就相應(yīng)地減少了很多,更多的計算量在CAM軟件下完成。因此這種模式有利于節(jié)省控制系統(tǒng)資源,以滿足復(fù)雜零件加工和高速加工時對控制系統(tǒng)的高要求购撼。下面是使用B軸坐標(biāo)跟隨功能的程序與不使用該功能的程序?qū)Ρ?

這里可以看到,兩種模式下,程序中的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)相同,但是直線坐標(biāo)有所不同,也就是刀尖點(diǎn)的位置相對于當(dāng)前坐標(biāo)系的值發(fā)生變化措暗。B軸坐標(biāo)跟隨功能一般情況下通過一對G 代碼指令實(shí)現(xiàn)開關(guān)。

對于提高車銑復(fù)合加工效率和車銑多軸聯(lián)動應(yīng)用方面的觀點(diǎn)由于篇幅限制未能更詳細(xì)地展開論述,人們在車銑復(fù)合加工領(lǐng)域中越來越多的實(shí)踐將會帶給我們更多可供思考的課題,但是我們發(fā)現(xiàn),在車銑復(fù)合加工中,眾多車銑功能都需要CAM軟件環(huán)境作支持,因此對于一個高端的車銑設(shè)備來說,CAM軟件是必不可少的工具之一纯亲。

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