数控车床的编程要领和技巧
科学技术的发展,导致产品更新换代的加快和人们需求的多样化,产品的生产也趋向种类多样化、批量中小型化。为适应这一变化,数控(NC)设备在企业中的作用愈来愈大。我校作为国家级重点职校,为顺应时代潮流,重点建设数控专业,选购了BIEJING-FANUCPowerMateO数控车床。它与普通车床相比,一个显著的优点是:对零件变化的适应性强,更换零件只需改变相应的程序,对刀 具进行简单的调整即可做出合格的零件,为节约成本赢得先机。但是,要充分发挥数控机床的作用,不仅要有良好的硬件,(如:优质的刀 具、机床的精度等),更重要的是软件:编程,即根据不同的零件的特点,编制合理、高效的加工程序。通过多年的编程实践和教学,我摸索出一些编程技巧。
数控车床虽然加工柔性比普通车床优越,但单就某一种零件的生产效率而言,与普通车床还存在一定的差距。因此,提高数控车床的效率便成为关键,而合理运用编程技巧,编制高效率的加工程序,对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
1.灵活设置参考点
BIEJING-FANUCPowerMateO数控车床共有二根轴,即主轴Z和刀 具轴X。棒料中心为坐标系原点,各刀接近棒料时,坐标值减小,称之为进刀;反之,坐标值增大,称为退刀。当退到刀 具开始时位置时,刀 具停止,此位置称为参考点。参考点是编程中一个非常重要的概念,每执行完一次自动循环,刀 具都必须返回到这个位置,准备下一次循环。因此,在执行程序前,必须调整刀 具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致。然而,参考点的实际位置并不是固定不变的,编程人员可以根据零件的直径、所用的刀 具的种类、数量调整参考点的位置,缩短刀 具的空行程。从而提高效率。
2.化零为整法
在低压电器中,存在大量的短销轴类零件,其长径比大约为2~3,直径多在3mm以下。由于零件几何尺寸较小,普通仪表车床难以装夹,无法保证质量。如果按照常规方法编程,在每一次循环中只加工一个零件,由于轴向尺寸较短,造成机床主轴滑块在床身导轨局部频繁往复,弹簧夹头夹紧机构动作频繁。长时间工作之后,便会造成机床导轨局部过度磨损,影响机床的加工精度,严重的甚至会造成机床报废。而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作,则会导致控制电器的损坏。要解决以上问题,必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的动作间隔,同时不能降低生产率。由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件,则主轴送进长度为单件零件长度的数倍,甚至可达主轴最大运行距离,而弹簧夹头夹紧机构的动作时间间隔相应延长为原来的数倍。更重要的是,原来单件零件的辅助时间分摊在数个零件上,每个零件的辅助时间大为缩短,从而提高了生产效率。为了实现这一设想,我联想到电脑程序设计中主程序和子程序的概念,如果将涉及零件几何尺寸的命令字段放在一个子程序中,而将有关机床控制的命令字段及切断零件的命令字段放在主程序中,每加工一个零件时,由主程序通过调用子程序命令调用一次子程序,加工完成后,跳转回主程序。需要加工几个零件便调用几次子程序,十分有利于增减每次循环加工零件的数目。通过这种方式编制的加工程序也比较简洁明了,便于修改、维护。值得注意的是,由于子程序的各项参数在每次调用中都保持不变,而主轴的坐标时刻在变化,为与主程序相适应,在子程序中必须采用相对编程语句。
3.减少刀 具空行程
在BIEJING-FANUCPowerMateO数控车床中,刀 具的运动是依靠步进电动机来带动的,尽管在程序命令中有快速点定位命令G00,但与普通车床的进给方式相比,依然显得效率不高。因此,要想提高机床效率,必须提高刀 具的运行效率。刀 具的空行程是指刀 具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。只要减少刀 具空行程,就可以提高刀 具的运行效率。(对于点位控制的数控车床,只要求定位精度较高,定位过程可尽可能快,而刀 具相对工件的运动路线是无关紧要的。)在机床调整方面,要将刀 具的初始位置安排在尽可能靠近棒料的地方。在程序方面,要根据零件的结构,使用尽可能少的刀 具加工零件使刀 具在安装时彼此尽可能分散,在很接近棒料时彼此就不会发生干涉;另一方面,由于刀 具实际的初始位置已经与原来发生了变化,必须在程序中对刀 具的参考点位置进行修改,使之与实际情况相符,与此同时再配合快速点定位命令,就可以将刀 具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率。
4.优化参数,平衡刀 具负荷,减少刀 具磨损
由于零件结构的千变万化,有可能导致刀 具切削负荷的不平衡。而由于自身几何形状的差异导致不同刀 具在刚度、强度方面存在较大差异,例如:正外圆刀与切断刀之间,正外圆刀与反外圆刀之间。如果在编程时不考虑这些差异。用强度、刚度弱的刀 具承受较大的切削载荷,就会导致刀 具的非正常磨损甚至损坏,而零件的加工质量达不到要求。因此编程时必须分析零件结构,用强度、刚度较高的刀 具承受较大的切削载荷,用强度、刚度小的刀 具承受较小的切削载荷,使不同的刀 具都可以采用合理的切削用量,具有大体相近的寿命,减少磨刀及更换刀 具的次数。
本文总结的一些具体结论仅适用于BIEJING-FANUCPowerMateO数控车床,但是它表现的编程思想具有普遍意义。要编制合理高效的加工程序,必须要熟悉所使用机床的程序语言并能加以灵活运用,了解机床的主参数,深入分析零件的结构特点、材料特性及加工工艺等。
BIEJING-FANUCPowerMateO数控车床指令包括G、M、S、T。其中指令为准备功能指令,M指令为辅助功能指令,S为主轴转速控制指令,T为刀 具选择指令。下表列出了部分常用的指令代码及含义。
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