參數(shù)編程在數(shù)控車床切槽加工中的應(yīng)用

韓振猛

摘 要： 通過(guò)分析切槽加工的過(guò)程，說(shuō)明CYCLE93固定循環(huán)加工在實(shí)際生產(chǎn)加工中的作用及局限性，提出參數(shù)編程在數(shù)控車床切槽中的方案。其切槽進(jìn)給速度和每次進(jìn)刀距離隨直徑變化而逐漸減小，使切槽更為合理、有效。

關(guān)鍵詞： 切槽固定循環(huán)；參數(shù)編程

引言

切槽加工在數(shù)控加工中應(yīng)用較為廣泛，切槽動(dòng)作本身比較簡(jiǎn)單，在普通機(jī)加工中，操作者可以根據(jù)加工狀態(tài)及時(shí)調(diào)整進(jìn)退方向及進(jìn)給速度，使切槽順利進(jìn)行。但在數(shù)控機(jī)床加工中，程序一旦運(yùn)行，就無(wú)法對(duì)切削狀態(tài)的變化進(jìn)行人為的干預(yù)，加之切槽刀刀體長(zhǎng)而窄，剛性差，刀刃鋒利而磨損快，散熱不好。切槽加工中，鐵屑和車刀擠在一起，鐵屑清除困難，常常會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，使車刀變形而難以維持穩(wěn)定切削。因此，切槽往往是數(shù)控加工中的難點(diǎn)之一，為有效的清除切削時(shí)產(chǎn)生的鐵屑，西門子數(shù)控機(jī)床都提供有CYCLE93循環(huán)加工指令。CYCLE93循環(huán)指令可直接用于寬槽加工，調(diào)整參數(shù)后也可用于切槽或切斷加工，其切削過(guò)程為斷續(xù)加工，能起到斷屑、及時(shí)排屑的作用。但循環(huán)指令用于切槽時(shí)有一定的局限性。

1.切槽時(shí)恒進(jìn)給速度對(duì)切槽的影響

切槽時(shí)恒進(jìn)給速度對(duì)切槽可產(chǎn)生不利影響，如圖1所示，當(dāng)不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，車刀刀刃上某一定點(diǎn)O在工作表面上的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)圓，γ0和α0為正交平面P0內(nèi)的標(biāo)注前角和后角，當(dāng)考慮到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)后，刀刃上任意一點(diǎn)O在工件上的運(yùn)動(dòng)軌跡為阿基米德螺線，刀具工作前角γ∞和刀具工作后角α∞應(yīng)為：

υ為正交平面Pre與Pr之間的夾角，即主運(yùn)動(dòng)方向與合成運(yùn)動(dòng)方向的夾角。

切槽時(shí)刀具愈近工件中心，d值愈小，因此在一定進(jìn)給量下，刀具工作后角逐漸減小到刀刃接近工件中心時(shí)刀具后角甚至從正變?yōu)樨?fù)值，刀具對(duì)工件表面產(chǎn)生擠壓和摩擦，在切削刃上產(chǎn)生積削瘤并容易產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)刀具壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。對(duì)一般手工加工而言，切斷進(jìn)給快接近工件軸心時(shí)，一般會(huì)降低進(jìn)給量f，減少每次進(jìn)刀的切深，并根據(jù)鐵屑的排放情況和切削系統(tǒng)的振動(dòng)情況適時(shí)退刀。但在數(shù)控循環(huán)指令中，進(jìn)給速度是恒定值，如果按軸心加工情況來(lái)設(shè)定進(jìn)給速度f(wàn)，則勢(shì)必影響加工效率。

2.循環(huán)移動(dòng)量大小對(duì)排屑的影響

切槽時(shí)循環(huán)移動(dòng)量Δi 的大小對(duì)排屑產(chǎn)生影響。循環(huán)移動(dòng)量是指在切槽循環(huán)中每次進(jìn)刀的距離。進(jìn)入切槽或切斷狀態(tài)后，鐵屑在刀具的作用下開(kāi)始形成，隨著切槽深度的增加，排屑愈加困難。如果每次進(jìn)刀的距離為固定值，開(kāi)始切槽時(shí)合適，接近軸心時(shí)卻不一定合適； 如果按軸心加工情況來(lái)設(shè)定循環(huán)移動(dòng)量，則勢(shì)必嚴(yán)重影響加工效率。所以，有必要對(duì)切槽動(dòng)作進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

3.解決措施

盡管CYCLE93循環(huán)指令在實(shí)際切槽應(yīng)用中有一定的局限性，但是，切槽時(shí)采用循環(huán)切入方式仍是有效的切槽走刀方式，其缺陷可通過(guò)參數(shù)編程來(lái)克服。要使工作后角在切斷過(guò)程中不變，當(dāng)d 變化時(shí)，μ 應(yīng)不變。根據(jù)式（ 3 ） ，比值f /d 應(yīng)為常量，即有進(jìn)給速度f(wàn) = df0 /d0，f0和d0為初始切削進(jìn)給量和工件直徑。但由于切斷過(guò)程是d→0，即f→0，此時(shí)切斷將無(wú)法有效進(jìn)行，因此可增設(shè)切斷時(shí)最低的保留速度f(wàn)1。為使切槽過(guò)程中鐵屑順利排放，切槽循環(huán)中每次進(jìn)刀距離Δi 應(yīng)根據(jù)直徑變化而逐漸減少，在切槽過(guò)程中，變量Δi 應(yīng)為：

Δi = Δi0-（ Δi0-Δi1） （d0-d）/d0

其中： Δi0和Δi1分別為初始循環(huán)移動(dòng)量和切槽結(jié)束時(shí)循環(huán)移動(dòng)量。通過(guò)參數(shù)編程，將進(jìn)給速度f(wàn) 和循環(huán)移動(dòng)量Δi設(shè)為按上述規(guī)律變化的變量，并形成“進(jìn)刀→退刀”循環(huán)。

以切斷為例，利用西門子數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)編程。

R1 = d0工件切削直徑初值d0

R2 = f0進(jìn)給量初值f0

R3 =Δi0循環(huán)移動(dòng)量初值Δi0

MS1：R1 =R1-R3 新工件切削直徑

R2 = R1 * f0 / d0新的進(jìn)給量f

R3 =Δi0-（ Δi0-Δi1） （d0-R1）/d0新的循環(huán)移動(dòng)量

R2 = R2 + f1增設(shè)切斷時(shí)最低保留速度f(wàn)1

G1 X=R1F=R2 切工件直徑

G0U2. 0 退刀2. 0

IF R1 <0 GOTOF MS2 判斷直徑是否小于0

GOTOB MS1 轉(zhuǎn)到MS1

MS2

參數(shù)編程是指在程序中使用參數(shù)，通過(guò)對(duì)參數(shù)進(jìn)行賦值及處理的方式達(dá)到程序功能。Siemens系統(tǒng)中的參數(shù)編程與Fanuc系統(tǒng)中的“用戶宏程序”編程功能類似，Siemens中的R參數(shù)相當(dāng)于Fanuc系統(tǒng)用戶宏程序中的變量。同樣，在Siemens系統(tǒng)中可以通過(guò)對(duì)R參數(shù)進(jìn)行賦值、運(yùn)算等處理，從而使程序?qū)崿F(xiàn)一些有規(guī)律的變化動(dòng)作，進(jìn)而提供程序的靈活性和實(shí)用性。下面就實(shí)際生產(chǎn)中套筒類零件上切槽加工工序，對(duì)參數(shù)編程進(jìn)行說(shuō)明。

圖2為4FL-10套筒加工中切槽工序的圖紙，此工序有三個(gè)槽子，均有公差要求，精度為h11。從右到左槽子寬度依次為4.5mm、6.9mm、1.6mm。首先進(jìn)行粗切，前兩個(gè)槽子選取3mm的槽刀，后一個(gè)選取1.47的槽刀。

1.1 4.5mm槽子的粗切

R1為槽子左端面Z向坐標(biāo)

R2為槽子右端面Z向坐標(biāo)

R3為槽子底部對(duì)應(yīng)的外圓直徑

R4為槽子頂部對(duì)應(yīng)的外圓直徑

R5為槽刀寬度

R6為槽刀進(jìn)給次數(shù)

R7為銳角倒鈍值

R8為Z方向余量

R9為X方向余量

R10為起刀點(diǎn)X坐標(biāo)

R11為起刀點(diǎn)Z坐標(biāo)

在粗切過(guò)程中，4.5mm的槽子用3mm槽刀切削，槽刀進(jìn)給次數(shù)為2，即分兩次切削。程序如下：

G54

N10

T1D1；3mm槽刀

L1

M4S600M7

G96S50LIMS=1000

R1=-11.17 R2=-6.65 R3=10.25 R4=16.43 R5=3 R6=2 R7=0.2 R8=0.05 R9=0.05 R10=19 R11=3；賦初值

G0X=R10Z=R11

G1Z=R1+R8F0.05

L123 P2

G0X=R10

Z=R11

L1

M01

M30

L123；子程序

R51 =16.43；工件切削直徑初值d0

R52 = 0.05；；進(jìn)給量初值f0

R53 =1.5；循環(huán)移動(dòng)量初值Δi0

MS1： R51 =R51-R53； 新工件切削直徑

R52 = R1 * 0.05 / 16.43；新的進(jìn)給量f

R53 = 1.5 -（ 1.5-0.1） * （ 16.43–R51） / 16.43；新的循環(huán)移動(dòng)量

G1 X=R51F=R52 ；切工件直徑

G0U2. 0 ；退刀2. 0

IF R51 >R3+R9 GOTOF MS2 ；判斷是否到達(dá)指定深度

GOTOB MS 1； 轉(zhuǎn)到MS1

MS2：G0X=R10

Z=R2-R8-R9

1.2 4.5mm槽子的精切

N20

T2D1

L1

M4S800M7

G96S50LIMS=1200

G0X=R10Z=R11

G1Z=R1-（R7+0.1）F0.04

X=R4

Z=R1CHR=R7

X=R3

Z=R1+（R2-R1-R5）/2

G0X=R10

Z=R2-R5+（R7+0.1）

G1X=R4

Z=R2-R5CHR=R7

X=R3

Z=R1+（R2-R1-R5）/2

G0X=R10

Z=R11

L1

M01

6.9mm和1.6mm槽子的粗精切同4.5mm的切削方法，在此不再贅述。

4.結(jié)論

上述切槽加工方案是我們?cè)谲嚧布庸み^(guò)程中總結(jié)出的參數(shù)編程方法。本文通過(guò)對(duì)切槽過(guò)程的分析，提出了參數(shù)編程的方法。從切槽過(guò)程分析來(lái)看，相對(duì)于CYCLE93固定循環(huán)加工有明顯的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于深槽加工采用參數(shù)編程，使排屑更為順暢。同時(shí)，利用參數(shù)編程可以省去繁瑣的計(jì)算，節(jié)約了編程時(shí)間，提高了工件的加工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟生才.SIEMENS參數(shù)編程方法、技巧與實(shí)例 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2012.04.