基于華中系統(tǒng)數(shù)控機床加工方法的工藝研究

王海濤 吳倩 劉剛

摘要： 目前，中國處在發(fā)展的關(guān)鍵時期，政府提出了“中國制造2025”奮斗目標(biāo)，不僅僅是制造大國，還是世界最大的機床產(chǎn)品消費與進口國，對數(shù)控機床加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率的追求明顯增長。通過對數(shù)控機床加工的分析，以加工特色零件為例，對數(shù)控加工的編程方法進行總結(jié)并對加工工藝規(guī)劃進行闡述，便于在金工實習(xí)過程中，學(xué)生能夠快速了解數(shù)控編程加工的過程，為對其進一步研究和發(fā)展提供思路和方法。

Abstract： At present， China is at a critical period of development. The government has put forward the goal of " Made in China 2025". It is not only a big manufacturing country， but also the largest consumer and importer of machine tools in the world. It has increased the processing quality and efficiency of CNC machine tools. By analyzing the machining of CNC machine tools and processing the characteristic parts as an example， the programming methods of NC machining are summarized and the process planning is expounded. It is convenient for students to understand the process of NC programming quickly during the process of metalworking practice， so as to provide ideas and methods for further research and development.

關(guān)鍵詞： 數(shù)控機床;華中數(shù)控;計算機編程;加工工藝

Key words： CNC machine tools;Huazhong CNC;computer programming;processing technology

中圖分類號：TP391.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）01-0088-03

1 ?數(shù)控機床概述

從20 世紀(jì)中葉數(shù)控銑床技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械加工制造業(yè)帶來了革命性的變化，并且它應(yīng)用范圍廣、質(zhì)量好、效率高的特點，使它快速成為經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的重要裝備。可以說機床加工水平展現(xiàn)了一個國家制造業(yè)強弱的象征，而且精密的數(shù)控機床更加是國家發(fā)展的重要的戰(zhàn)略資源。

隨著數(shù)控機床的不斷快速發(fā)展和逐漸普及，其自動化程度更高，加工效率更高，工序也更加集中，數(shù)控機床操作反而更加簡便和容易，一般的數(shù)控機床操作工人只需要經(jīng)過初期的培訓(xùn)就可以快速掌握初步操作，易于實現(xiàn)CAD/CAM的一體化等優(yōu)勢快速顯現(xiàn)。盡管投入成本較高，但是由于加工質(zhì)量好，效率高，質(zhì)量穩(wěn)定性好，尤其針對復(fù)雜形狀的內(nèi)燃機零件，使得制造成本大幅降低，因此數(shù)控機床促進了制造業(yè)的快速發(fā)展。由于便于與CAM的連接，數(shù)控機床能夠加工復(fù)雜空間曲面的零件，能夠?qū)崿F(xiàn)四軸甚至五軸的聯(lián)合運動，這無疑使加工范圍更加廣泛，加工種類也更多。

我國的制造業(yè)起步相對較晚，整體發(fā)展水平落后于其它發(fā)達國家，在高端機床的研發(fā)制造方面還處于較低水平。1993年華中理工大學(xué)數(shù)控研究所的研究人員們研發(fā)成功中國自己的數(shù)控系統(tǒng)——華中數(shù)控系統(tǒng)，1994年組建華中數(shù)控有限公司，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)步入高速發(fā)展階段。隨著我國整體制造業(yè)水平的提高，數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用，以及國際流通的便利和較多精密數(shù)控設(shè)備的引進消化，使得我國的數(shù)控機床制造業(yè)水平也突飛猛進，取得了可喜的成績。當(dāng)然，高精密的數(shù)控核心技術(shù)依然掌握在西方工業(yè)國家手中，關(guān)鍵零件和高級控制系統(tǒng)還需要依賴進口。中國數(shù)控機床的發(fā)展壓力依然巨大，與歐美差距依然存在，在中國數(shù)控人的努力下，差距也在快速縮小中。

2 ?數(shù)控機床加工分析

數(shù)控機床就是運用了利用數(shù)字信息實現(xiàn)自動控制技術(shù)的機床。這里的數(shù)字信息就是程序。數(shù)控機床的程序的編制主要有兩種方式，一種是手工編程，一種是軟件編程。

數(shù)控機床手工編制程序時，為了便于程序的書寫，配置了類似于高級語言的宏程序功能，用戶可以使用變量進行算術(shù)運算、邏輯運算和函數(shù)的混合運算，此外，宏程序還提供了循環(huán)語句、分支語句和子程序調(diào)用語句，適合各種復(fù)雜曲面圓弧的加工程序，減少乃至免除手工編程時進行繁瑣的數(shù)值計算，較大程度的簡化了程序的書寫。手工編程適用于簡單形狀以及能夠用方程式表達的規(guī)則形狀的程序編制。在計算機普及的今天，使用手工編制數(shù)控加工程序日漸減少，與之形成對比的，計算機軟件編制加工程序普及率快速提升。

數(shù)控機床軟件編制程序時，則可以最大限度的發(fā)揮軟件與數(shù)控機床的能力，實現(xiàn)復(fù)雜曲面的快速編程和安全加工。在實際實習(xí)教學(xué)中，我們?yōu)榱撕芎玫募ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將普通的機械零件加工替換為與生活相關(guān)或者簡化形狀的一些零件的加工，如：多面體組合形狀，或者形狀不太復(fù)雜的內(nèi)燃機零件，編程演示的浮雕形狀等。編程軟件選用機械行業(yè)使用較為廣泛的UG8.5版本。零件外形尺寸？準(zhǔn)75*15，八邊形內(nèi)臺形狀深度1mm，造型過程不再贅述。如圖1為華中數(shù)控系統(tǒng)操作面板圖。

零件選用：毛坯為？準(zhǔn)75*16的圓柱體，已經(jīng)車削切斷的合金鋁棒，工件坐標(biāo)系（即工件原點）設(shè)置在工件頂面中心，坐標(biāo)設(shè)置時，將Z坐標(biāo)-1（考慮頂面1mm余量）。

刀具選用：頂面1mm余量，計劃使用？準(zhǔn)10立銑刀加工頂部平面;由于形狀深0.5，余量比較小，故而直接選用？準(zhǔn)8立銑刀。

機床選用：教學(xué)用的配置了華中數(shù)控系統(tǒng)的國產(chǎn)數(shù)控銑床。

3 ?數(shù)控機床參數(shù)設(shè)置編程

①機床設(shè)置視圖中設(shè)置刀具長度、刀具直徑、和刀具磨損等參數(shù)，見圖2。

②機床設(shè)置視圖中設(shè)置坐標(biāo)參數(shù)，也就是工件編程原點在機床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，本次程序選擇的是G54坐標(biāo)系。見圖3所示。進行坐標(biāo)設(shè)置操作時，工件坐標(biāo)系對應(yīng)的機床坐標(biāo)x和y值計算入坐標(biāo)系對應(yīng)位置。刀具安裝好，設(shè)置對應(yīng)刀具補償?shù)拈L度值，或者將此刀具的頂端中心點換算到坐標(biāo)系的Z值輸入到坐標(biāo)系Z值中。坐標(biāo)系輸入的準(zhǔn)確性至關(guān)重要！

③此零件形狀規(guī)整簡單，手工編制程序程序量也少。但是為了對比的需要，我們也選擇了進行軟件編程。程序視圖中選擇需要的加個策略進行設(shè)置，生成加工刀路，見圖4。數(shù)控加工通常按工序集中原則劃分工序，主要考慮精度和效率。加工順序要遵循基面先行、先粗后精、先上后下、先大刀具后小刀具、先主后次和先面后孔等一般原則，同時應(yīng)盡量減少換刀次數(shù)，節(jié)省輔助時間，減少產(chǎn)生誤差因素。

型腔銑策略參數(shù)設(shè)置，見圖5。

在UG軟件系統(tǒng)模擬加工演示之后，利用確定的后處理程序編譯生成數(shù)控加工程序，見圖6、圖7。到此，數(shù)控程序已經(jīng)完成。

4 ?數(shù)控機床程序加工

將工件正確安裝在機床上，并進行找平和找正固定，確認安裝完成后，經(jīng)確認設(shè)置坐標(biāo)系和選用刀具尺寸無誤后，導(dǎo)入程序進行加工演示，這時一般要將坐標(biāo)系抬高一段距離，經(jīng)觀察路徑與編程路徑一致，然后將坐標(biāo)系恢復(fù)到原始設(shè)置。注意，在加工初期，切削速度不易太快，一般按照設(shè)計速度的20-30%進行，在加工穩(wěn)定，狀態(tài)正常之后，逐漸調(diào)整到正常速度。加工過程中，還要隨時注意刀具冷卻和磨損的狀態(tài)，一般在粗加工過程中刀具磨損會比較大，在精加工過程中也要注意刀具的狀態(tài)。

5 ?效果評價

①我院教學(xué)使用的華中數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，能夠展現(xiàn)教學(xué)效果;

②UG編制的程序?qū)尤A中數(shù)控系統(tǒng)能正確銜接，過程順暢;

③學(xué)生看過加工出的零件后，學(xué)習(xí)興趣明顯，尤其是三維軟件的學(xué)習(xí)興趣，也加深了對數(shù)控加工工藝和數(shù)控機床的理解。

6 ?結(jié)語

本文以華中系統(tǒng)數(shù)控銑床的功能及工作原理為切入點，闡述了數(shù)控銑床的編程方法分類，以及計算機編程的常規(guī)流程，并對數(shù)控銑床的使用方法和加工特點以及注意事項進行了敘述。通過對零件的數(shù)控加工工藝分析，加工工藝路線的規(guī)劃，加工方法的選擇的過程講解，最終實現(xiàn)零件的加工完成。展示給學(xué)生的是一個完整的加工過程，提升了學(xué)習(xí)興趣，加深了數(shù)控加工的真實理解，提供了數(shù)控編程學(xué)習(xí)的例證，為學(xué)生的進一步學(xué)習(xí)研究奠定了基礎(chǔ)。

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