数控车铣复合机床编程探讨

数控车铣复合机床编程探讨

 徐卫东 尚耀龙

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西省西安市   710089

【摘要】：车铣复合加工技术以其通用性广、精密度高、加工效率高等优点，在航空制造领域中应用广泛，但其涉及工种知识多，上手难度高，对操作者技术水平要求高。本文对车铣编程过程中需要考虑的因素进行梳理，从数控加工技术内容、程序优化、影响加工精度的因素三个方面进行描述，并对极坐标与宏程序的编程方式进行了举例说明，为广大数控车铣复合操作者提供了可借鉴的经验。

【关键词】：车铣复合技术；极坐标；宏程序

引言

数控技术集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、网络通讯技术、传感检测技术、信息处理技术于一体，是现代先进制造技术的基础和核心。复合加工作为一种先进的制造技术，是目前国际上机械加工领域最流行的加工工艺之一，能够有效缩短工艺链，减少装夹及准备时间，提高零件的生产效率与质量。在复合加工中，难度最大、应用最广的就是车铣复合加工。车铣复合加工并不是简单的数控车与数控铣的结合，而是需要多角度地去考虑车与铣的协调加工，反复推敲加工的先后次序和装夹方案，才能保证加工精度。

1数控加工技术内容

车铣复合零件编程时需先分析零件结构特点，制定零件加工流程，设计零件装夹方式，再进行详细数控编程。

（1）理解和把握待加工零件的技术要求。加工前需要关注零件的尺寸精度、加工材料、硬度、加工数量等，为后续工艺规划做铺垫。

（2）对待加工零部件图纸上提出的技术要求进行工艺分析,其中包括加工材料的性能特点、部件结构的特点、设计精度的合理性等。

（3）加工过程规划。依据零件的技术信息，设计加工过程，包含加工参数、加工路径、刀具的移动轨迹、切削量等。

（4）数控编程。根据设计图纸及制定的加工过程，使用数字控制系统规定的命令代码、程序形式开展数字控制编程。

（5）程序仿真调试。加工前需对程序进行仿真调试，在仿真无误后，方可通过传送接口连接已编写的程序设计，将其输出至数字控制器的数控装置中，并进行加工。

2加工程序的优化

2.1切削循环程序的应用

在实际生产中，利用循环程序进行加工，可以有效减少编程工作量，提高生产效率。以FANUC系统为例，其中最常用的循环指令是G70、G71，适用于毛坯外形为棒料，且零件轴向和径向尺寸单调递增的轴类零件加工。此类零件进行加工时，只需设置好进给量，设置出外圆、台阶、圆弧过渡等特征轮廓，即可加工至零件最终尺寸，无需对每一行程进行重复编程。以在代码“G70P111Q222”为例，P表示精加工循环程序的开始程序段号，Q表示精加工循环程序的结束程序段号。能够正确应用切削循环程序对提高批产加工生产效率有着重要的意义。

2.2极坐标插补程序的应用

车铣中心上不但可以加工回转体类零件，更能加工孔系、矩形轮廓、矩形槽等外形。对比数控车床，车铣中心是在原有直角坐标的基础上，增加了个极坐标功能，使得机床能够把回转类零件和它端面的矩形轮廓或矩形槽在一次装夹中连续加工完成。极坐标插补功能是将轮廓控制由直角坐标系中编程的指令转换成一个直线轴运动(刀具的运动)和一个回转轴的运动(工件的回转)。需要主轴和安装在转塔刀架上的自驱动刀具作同步运动，并在工件表面进行铣削加工，用G112指令命令极坐标插补。以某凸轮轴类零件为例，零件外形如图1所示。该零件B、C向的外型为凸轮，依据常规编程方法编程效率极低，且精度不高。而在引入极坐标后，只需输入凸轮轮廓的极坐标方程，即可由机床自动拟合出整个加工轮廓，极大程度提升了编程效率。

图1 凸轮轴零件示意图

2.3宏程序的应用

宏程序具有灵活、通用、智能等优点，数控加工中被广泛应用。以某异形特殊螺纹为例，如图2所示。该异形特殊螺纹牙型特殊、螺距大、宽度大、车削时切削力大、精度不容易控制，难以使用螺纹切削基本指令编程。把螺纹切削基本指令和宏程序结合起来编程加工异形特殊螺纹，是该类零件加工最实际、最有效的一种方法。

图2 异形特殊螺纹示意图

该零件部分加工宏程序如下所示：

3影响加工精度的因素

在实际生产中，影响加工精度的因素共有以下几个方面：

3.1机床X、Z轴的反向间隙

机床主轴本身存在空隙，在机床运转时，会产生空程差，这就需要在加工时尽可能保证同向加工。对于一些上下波动的特殊外形，可以通过设置参数来控制主轴间隙，使其保持在一定的范围内。

3.2对刀误差

对刀误差是影响加工精度的主要因素，因此在加工过程中，需要实时测量，依据实测值修调整刀补，以保证零件精度。

3.3刀具磨损

刀具磨损是加工中必须考虑的因素，依据刀具中心编程时，刀具磨损会直接影响加工出零件的尺寸。解决刀具磨损带来的加工误差问题可以通过设置刀补来解决。在进行大批量生产时，需要勤测量，依据实际加工情况，每加工出一定数量的零件进行换刀，方可保证加工质量的稳定。

3.4编程误差

（1）在加工时需尽可能采用绝对型编程。绝对式的编程以某一固定点（或者是编程中的坐标原点）作为设计基准，以各个段的流程和总体的操作过程为设计基准。增量模型的编程，以前一个点作为设置的基准，连续地执行多个程序时必然会发生累计误差。

（2）每完成一部分加工后需返回基准点。传统的数控控制系统在运算中会带来累积误差，可以通过返还基准点指令执行后，清除坐标的操作来减少。在实际加工时返回参考点进行换刀是一个比较完美的方法。

（3）特殊曲线拟合方法的选择。数控系统在机床中进行非圆曲线的加工操作时，对于规则性较小的非圆曲线，应当优先考虑到数控控制系统所需要的变量编程和功能。其他非圆曲线通常采用CAM软件自动进行编程，通常所采用的拟合方法是采用等间距法、等弦长度法和误差法等误差法，并且尽量采用等误差法对其进行跟踪拟合，通过将形状和特征综合后的等弦长法进行了轨迹式拟合，能够有效控制精度和加工的误差。

4结语

综上所述，将零件的结构特点与车铣复合加工的工艺特点进行结合，选择适合的编程方式，是实现高效精密加工的关键。针对文中零件的加工难点，重点对极坐标插补编程和宏程序插补编程进行了一系列探究，提出了自己的见解，使其在实际加工过程中具有一定的参考价值。

【参考文献】

[1]许启高.数控编程与加工工艺的关系研究[J].南方农机，2021，52（11）：166-168.

[2]史红燕.基于理虚实一体化的“数控加工编程与操作”教学改革研究[J].现代农机，2021（03）：96-97.