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随着数控技术的发展,数控技能型人才的需求越来越大,越来越多的学校开设了数控技术专业,而《数控编程与加工》作为数控技术专业的核心课程,也日益受到重视。但是在实际的数控编程教学中,学生学习的效果差异很大,为了能在实际教学中让学生较快的掌握编程能力,教师必须认真总结和归纳。
我有多年的数控车床编程经验,根据自己在教学方面的体会,总结了数控车床编程五步法,经过实践,学生反映很好。
编程体现的是工艺,所以编程的步骤就是把设计好的工艺路线完美的表达出来,而编程五步法也就是展现了加工中的5个通用的过程,使学生对编程有了整体的认识和把握,思路更清晰和明确。
1 编程五步法的分析
1.1 旋转主轴
这也是一般车床加工时的第一步,先让主轴旋转起来,然后再让刀具接近工件,切削零件。
1.2 调用刀具
一般车床加工时,在旋转主轴后会调用待加工的刀具,切记在第一次调用刀具时,使刀架处于安全的换刀位置,防止出现安全事故。
1.3 快速接近工件,至起刀点
在工件旋转,刀具调好后,就可以移动刀具,使刀具接近工件,待加工,为了提高效率,减少空行程,所以用快速点定位指令GOO。同时为了减少空行程,所以起刀点(刀具从起刀点开始加工)必须非常接近工件,但不能在工件上,不然G0指令会导致撞到工件。也要注意G0的加工路线,防止出现意外。
1.4 加工工件
在完成以上步骤后,就可以移动刀具,按照既定的加工工艺切削工件,一定要注意合理选用切削用量,并制定合理的加工工艺路线,减少空行程,提高加工质量和效率。
这一步中不同的零件,编程内容不同,也是体现工艺水准的核心部分。
1.5 远离工件,至安全换刀点
在刀具完成既定的加工后,需要远离工件,到安全的换刀点进行换刀。安全的换刀点可以灵活选择,只要保证刀具在换刀过程中不发生碰撞就可以。
以上五步对大部分的加工程序都适用。下面我们通过实例来验证一下五步法。
例 毛坯φ35,材料45#,加工上图所示零件(右端面已加工)
2 加工程序研究
经过多年的教学实践,学生对编程五步法有了较多的实践和认识,感觉很适合初学者,这是因为编程五步法有自身的特点:
2.1 通用性很好
几乎大部分的程序都可以适用,初学者开始学习程序时,对编程没有头绪,用编程五步法,可以帮助初学者建立对程序结构的整体认识,让学生能较快的建立起信心,有利于学生较快的入门。
2.2 结构模块化
初学者对程序结构的认识不够,所以总是感觉在编程的时候无从下手,而编程五步法的应用,使程序模块化,学生有了定心丸,知道怎么下手,怎么开始,怎么结束,思路很清晰。
2.3 经得起检验
编程五步法是从多年的实践中总结出来的,它也符合一般的加工习惯,所以学生在掌握后,有利于提高学生的实践水平和变成效率。
2.4 效率高
编程五步法体现了较好的变成思路,没有多余的步骤,减少了空行程,该快的时候快,所以实际加工中的效率高。
2.5 程序简单,易于理解
编程五步法,用的都是简单的编程指令代码,结构也简单,所以,初学者很容易掌握和运用。
3 结束语
编程五步法是经过多年的加工和教学实践,总结和归纳出的新的编程方法,简单,实用,易于掌握,而且它通用性也非常好,适合大部分数控车床程序的编制,所以非常适合于初学者,初学者可以通过编程五步法的学习,较快的熟悉程序的结构,掌握程序的编制方法。
参考文献:
一、引言
数控机床的种类很多,按照不同数控系统和加工联动轴数可以分2轴、3 轴、4轴和5轴等一系列数控机床,这些数控机床都是靠程序来进行走刀轨迹的控制,所以数控机床对操作人员的编程要求非常高。一个零件的加工质量往往取决于该零件的加工程序和加工刀具,这就需要我们在平时的数控加工过程中不断积累和总结编程技巧,来满足数控加工的高效率高精度的发展趋势。
二、数控自动编程简介
进入21世纪,数控技术的发展突飞猛进,编程技术作为数控领域的一个庞大分支,同样获得了飞速发展。目前,在市场上的软件功能越来越强大,并引领了数控自动编程潮流,其影响力之广,水平之高,使广大数控爱好者和从业人员趋之若鹜,但是自动编程只能适应于既定类型(尺寸)的刀具,如果刀具类型(尺寸)发生变化,我们又需要重新编制程序。
自动编程获得加工程序其实是对软件应用熟练程度和对工艺知识了解水平过程的体现,至于该程序得以获得的数学本质,自动编程人员并不需要知道,这对编程人员而言,缺少了对数控加工刀具轨迹生成过程的理论了解。
三、宏程序
宏程序属于手工编程,是手工编程的高级阶段。一个高级的数控编程人员必须掌握宏程序,因为宏程序具有无与伦比的优势。宏程序对零件的柔性堪称完美,对自动编程和常量式手工编程获得的程序,我们无法做到让它们适应同类但不同尺寸零件的加工,只要加工对象形状或工艺尺寸发生变化,必须要重新编程,而宏程序却可以适应这种变化。操作者所做的仅仅是更改宏程序中的相关变量值而已。也只有宏程序才是目前各类编程方法中,将数学本质和加工工艺完美结合起来的一种编程方式,其独特的优势成为高水平编程人员的最爱。
四、复合循环指令编程简介
华中世纪星HNC―21系统内外径粗车复合循环指令(G71)简化格式及参数含义如下。
(1)无凹槽加工。
格式:G71 U(d) R(r) P(ns) Q(nf) X(x) Z(z) F(f) S(s) T(t)
(2)有凹槽加工。
格式:G71 U(d) R(r) P(ns) Q(nf) E(e) F(f) S(s) T(t)
其中,d :X 方向切削深度(每次切削量),半径量。r :每次退刀量。n s :精加工路径起始程序段顺序号。nf:精加工路径结束程序段顺序号。x:X方向精加工余量。z:Z方向精加工余量。f:粗加工时的进给速度。s:粗加工时的主轴转速。t:粗加工时的刀具功能。e:精加工余量,其为X方向的等高距离――外径切削时为正,内径切削时为负。华中系统中G71不分粗、精车。在此系统中,粗车完毕后就执行精车程序。
华中系统的G71指令可以代替FANUC系统的G73指令,也就是说可以进行带有凹槽和凹曲面的复杂零件的加工,所以在编程的时候,还是需要根据操作者对加工零件的不同,合理选择相应的数控系统和编程方法来进行数控加工。
五、手工编程
手工编程分为常量式编程和变量式编程(宏程序编程),手工编程的时候会碰到形状非常复杂的零件,需要花费大量的时间去计算节点和宏运算,效率和精度很低。但是宏程序却迫使编程人员必须掌握加工对象的数学基础,结合工艺,将相关算法编入其中实现加工,看起来好像工作量繁重,但与收获相比,这种付出是值得的。
手工编程实例:此次加工的工件有椭圆和抛物线,我们使用华中世纪星HNC―21T系统的G71指令进行手工编程,工件如图1所示。
手工编程的代码如下。
六、组合式编程方法的应用
针对复合循环指令的编程特点不难发现,复合循环所调用的只是需要加工的程序段,也就是轮廓编写的程序段,即精加工程序段,然后利用复合循环指令的循环加工过程去除大量的毛坯,如果直接利用自动编程软件生成程序,需要粗加工、精加工和后置处理等一系列步骤,最后生成的程序很长,不容易修改,加工路径不灵活,可能会有很多空行程,不利于提高加工效率。
针对这一特点,我们通过反复编程加工实验,总结出一套把自动编程和复合循环指令相结合的“组合式”编程方法来简化编程。
方法如下:利用CAXA数控车2011进行自动编程的时候,把自动编程过程中的粗加工阶段去除,直接编写精加工程序和精加工的后置处理参数,然后将精加工自动生成程序段放入G71程序段之间进行循环走刀,既达到了粗加工的目的,又保证了精加工的精度控制,很好地避免了自动编程的这一缺点,大大提高了加工效率和编程速度,实现高精度高效率的产品加工。
根据图1我们充分了解了加工零件的信息,考虑到其有椭圆和抛物线,可以应用自动编程自动生成轨迹,按照组合编程原理,只需生成一个精加工的轨迹,然后选择其中对加工有用的G代码和复合循环指令进行组合编程。又因其有凹槽,可以用华中世纪星HNC―21T系统G71进行组合编程。
设置好华中世纪星HNC―21T系统数控车后置参数后,自动生成的代码如下。
(1)左侧轮廓程序。
只是生成了精加工的程序就如此长,加上粗加工程序将非常麻烦,而粗加工的目的是去除大量毛坯,之后才进行精加工,因此无需自动编程的粗加工程序段,直接提取程序段N1~N2之间的程序,这样省掉了自动编程的粗加工阶段。我们发现,自动编程的精加工程序已经将抛物线和椭圆分成很多段圆弧进行连接,在整个生成代码的过程中无需任何计算,非常方便。利用华中世纪星HNC―21T系统对G71指令进行组合编程,程序如下。
七、手工编程和“组合式”编程方法加工效果对比
手工编程速度慢,适应性不好,但是加工后表面粗糙度好、无刀痕且精度高。而运用组合式编程加工,通过实践验证,与手工编程相比几乎缩短了一半的加工时间,且精度高。但组合式编程表面粗糙度似乎要比手工编程稍微逊色一些,具体如图2、图3所示。
[关键词]巧用;刀具半径补偿指令;编制;数控程序
中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)09-0304-02
在手动编制数控铣加工程序时,为了确保铣削加工出的轮廓符合要求,编程员必须依据图样尺寸要求结合所使用刀具半径计算出新的节点坐标,再根据这些坐标值进行编程,这给编程带来了很大数据计算及处理的麻烦(见图1)。编程时为了避免出现上述所说的数据坐标值计算,考虑利用刀具半径补偿来解决这一问题(见图2),可大大地节省时间提高编程效率。
一、刀具半径补偿
数控加工中,是按零件轮廓进行编程的。由于刀具总有一定的半径(如铣刀半径、铜丝的半径),刀具中心运动的轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓,而是偏移轮廓一个刀具半径值。这种偏移称为刀具半径补偿。
1、刀具半径补偿指令及格式
G41(刀具半径左补偿指令):G41 G00/G01 X Y D
G42(刀具半径右补偿指令):G42 G00/G01 X Y D
G40(刀具半径补偿取消指令):G40 G00/G01 X Y
2、刀具半径补偿指令注意事项
在编制数控程序时,使用G41、G42、G40指令可让我们省去因刀具半径而造成的坐标点计算,但在使用过程中需注意一些事项,规纳总结如下五点:
(1)、G40、G41指令在使用前,必须由G17、G18、G19指令指定刀具半径补偿平面,且补偿中不能随意更换铣削平面,需要半径补偿指令结束后才能更换铣削平面,否则程序出现报警信号;
(2)、编程时,X、Y坐标值的计算参照G00、G01格式,与没有使用刀补时一样,刀补建立时,只能使用G00、G01指令,不能使用G02、G03指令;
(3)、D-指令代码为刀具半径补偿寄存器的地址字,在编写程序时应与补偿寄存器号相对应;
(4)、G41、G42判别:沿着刀具前进方向看,刀具在前进轨迹方向左侧为左刀补,刀具在前进轨迹方向右侧为右刀补;
(5)、刀具半径补偿值设置为负值时,G41、G42刀具所走轨迹将相反。
二、刀具半径补偿原理
依据刀具轨迹分析,刀具半径补偿在程序中包含三个阶段:刀补建立、刀补运行、刀补取消(见图3)。
刀补建立是从起点开始,轨迹中心向预定方向(左或右)偏移,当到达终点时,刀位点(刀具中心点)相对于终点在法向上偏移一了个刀具半径。需注意,刀具半径补偿建立进,为线性直线空行程,且这一偏移过程不能在加工轮廓中进行,否则将会出现被过切的现象。当然,在加工过程中,如取消刀补不当同样也会出现过切现象。
刀补在进行时,刀具刀位点的轨迹与编程轮廓轨迹为相互平行,且间距等于刀补相应地址中的数值。刀补进行时,假如程序中存在两段以上的没有移动指令段、存在与指定平面轴不同的移动指令,都会造成进刀不足或进刀超差。
三、如何巧用G41、G42、G40编制数控加工程序
笔者通过分析,针对数控铣床手动编程中常遇到一些问题进行验证总结规纳
出以下四种情况下,在使用G41、G42、G40时可简化计算提高编程效率。
1、当使用的刀具与编程时指定的刀具半径不一致时
当刀具经过重新磨削或使用时间较长出现磨损时,往往会出现刀具直径与理
论直径不一致的现象,编程时在补偿寄存器地址中只需改变半径值,无需重新编程既可达到同样的效果(见图4)
2、使用同一把刀具,通过改变寄存器中D值,实现粗、精加工
编制数控铣程序时,同过修改寄存器中D值,使用同一把刀进行粗、精加工。
假设精加工余量为,进行粗加工时,可将寄存器地址中的值设为+r,而精加工时将寄存器地址中的值设为r,就可以加工出符合要求的工件(见图5)
3、通过改变寄存器地址中D值的正、负号,实现模具凸、凹模加工
模具凸、凹模加工通过使用同一数控程序加工时,只需改变D值的正、负号,而不需重新编程既可加工(见图6)。
4、可将一把刀具设定有不同的寄存器地址,即可设定不同的补偿设定值,以实现不同的加工。
结合以上分析及验证,可见在数控铣程序编制中正确使用G41、G42、G40刀
具补偿指令可简化编程,提高效率。
参考文献
关键词:数控技术;教学方法;实践
中图分类号:C42
数控技术是现代制造系统的核心,对国民经济的支柱产业——制造业的技术水平具有决定性的作用,所以在各个高校中,机械专业都开有数控技术等相关课程,对培养和造就掌握数控相关知识、具有数字化制造能力和创新精神的工程应用型人才,对提升制造能力、打造制造强国都具有极其重要的现实意义和战略意义。
民办高校与公办重点院校的学生在学习能力和学习适应性方面有着显著的差别,所以在教学模式上也要因材施教,不能一概而论。本人在民办高校从事数控教学多年,现总结出以下经验仅供参考。
一、 培养学生兴趣是首要条件
如果要使学生能够产生主动学习的动机,而不是被动吸收知识,这就必须想方设法让学生对所教授的课程产生足够的兴趣。在教授第一堂课时就要多花点时间阐述学习这门课的重要性,对以后的工作有着多大的影响,相比其它相关课程有些什么区别,讲述时要声情并茂,引入一些例子,采用新颖的概念,诙谐的语言进行讲解,这样学生才会感同深受,记忆深刻,有一种迫切学习这门课程的愿望。
在进行理论教学时,要善于利用多媒体教学,PPT上尽量少用枯燥的文字表达,多采用色彩鲜艳的图片、动画等,形象地描绘出数控机床是如何运作的,这样也容易与学生产生良好的互动,课堂气氛也活跃很多,无形之中就增强了学生主动学习的积极性。在课堂教学时,教师要能够利用种种方法来刺激学生的学习欲望,学生在学习一个新知识时会本能有畏难情绪,如在数控教学中,复杂零件的编程指令繁多,同时还涉及到数学、工艺等方面的知识,所以单纯地讲解此部分内容学生很不容易理解和接受,这时可结合学生已有的普车实习基础和对加工工艺路线、刀具的选择与安装、切削参数等的基本认识,将其与数控机床编程的内容结合起来,通过分析工艺过程,把具体代码与加工动作对应起来,这样学生就更容易理解,再通过一些实例的仿真操作或机床加工,进一步巩固正确的方法和操作技巧。
二、 理论与实践一体化教学是关键问题
实践以理论为基础,理论以实践为目的。采用理论与实践相结合的教学方法,符合学生的学习心理与认知特点,也是数控教学的一般规律。理论教学与实践要完美统一,不要理论教学时讲FUNUC系统,而在实践时却用的华中数控的系统,如果讲授不一致,学生就会糊里糊涂,导致实际操作时运用FUNUC系统的编程指令而频频出错。一般来说,在教学安排上都是先上理论课再上实训课,而我校教学安排有所不同,先实训后理论,理论后再实训,在实训中讲解理论,理论中又融入实训,将理论与实训有效地融为一体。民办高校的学生可能没有公办重点院校的学生专业基础知识扎实,但他们的动手能力相当不错,也有着强烈的求知欲望,所以在实训课上他们每个人都很认真,一丝不苟地编程,规规矩矩地操作,事半功倍地掌握了数控编程语言和操作技巧。
在人多数控设备少的情况下,运用数控仿真软件来模拟实际操作进行教学也是很有效的一种方法。数控加工仿真系统软件是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能实训的仿真软件,具备对机床操作全过程和加工运行全环境的仿真功能,可以进行数控编程教学,加工操作过程教学,使需要在数控设备上才能完成的大部分教学功能在此虚拟制造环境中实现,弥补了传统数控教学的不足。
三、 以赛促学是数控水平提升重要因素
随着国家对数控制造业的不断重视,社会也加强了对数控专业方向的关注,特别是数控专业,劳动部门和企业部门经常举办数控大赛,无疑对学生提高数控理论知识的学习和操作水平起着明显的促进作用。在全国性大赛中,竟赛包括理论和实操两部分内容,理论考试占总成绩的30%,这就要求学生不仅具有过硬的操作技能,还要求他们具有扎实的专业理论基础知识和灵活运用理论知识的能力。鼓励学生积极参加大赛不仅可以激发学生学习理论知识的积极性,而且能更有效地利用理论知识投入到实践中去。在具体实践中,因为有大赛的巨大压力,也能更加谨慎小心地去具体操作,更能够及时地发现问题,选择最佳的切削参数进行加工,提高效率。
四、 数控教学改革是必然趋势
对于不同专业方向的学生,数控教学要采取不同的培养方案,在具体理论教学时也应该采取不同的教学内容,如机械设计制造及自动化专业的数控课程是培养学生具有数控机床整体认知能力和一定的编程的能力,所以教学上就要偏重于数控车床、铣床等机床的整体结构和编程能力的培养;对于机电一体化的学生,除了要求学生具有一定的编程能力外,还要使学生掌握维护和保养设备的能力,所以教学的内容重点就是要进行数控机床各部分功能的讲解,以及设备结构详细解读,对于数控专业的学生,教学内容更应该细化,从机床整体构造,到各组成部件如何通信,从数控车床到复杂的加工中心,其编程语言和编程方法都要详细介绍。当然,教学内容也不是一成不变的,要随着时代的步伐及时地对教学内容进行更新,不断地加入新的知识内容,这样的教学内容不仅使学生及时地掌握新的知识,也让学生感受到了掌握新知识的重要性,从而使学生的学习兴趣增加,使教学内容更加的丰富。
以上就是本人在民办高校中从事数控教学中的一点粗略见解,仅供参考。不同的学校,针对不同的教学环节,都有不同的教学方法。只要能合理地运用教学手段,提高教学质量,有效地提升学生的理论知识和技能水平,那么学生进入社会后就更具有竞争力,学校的办学水平才会更高。
参考文献:
[1]韩幸,数控实训课程教学改革的探索[J],黄石理工学院学报,2006,(5);92—94
关键词 数控车削 正弦曲线 CAXA 编辑程序 电脑编程
一、前言
在机械加工中,经常遇到螺纹的加工,一些特殊螺纹如正弦曲线螺纹采用普通设备加工方法,则会受到刀具角度和进刀方式的影响,加工难度较大;普通机床加工是非常难控制其尺寸精度的,可以通过电脑编程与手工编程相结合,使用数控车削的方法就能够正确的加工出来,而且采用数控机床加工则较为容易。
二、实例分析与加工原理
在加工柱塞泵零件需要加工正弦曲线螺纹,其牙型表面要求光滑圆润,牙型是正弦曲线形状,导程为一个周期,如图 1所示。现采用数控机床进行加工,但数控系统一般只提供直线及圆弧插补指令,而用直线及圆弧插补编辑正弦曲线的加工程序则需要采用线段逼近法,也就是把正弦曲线分成一段段小线段进行编程,这种方法手工计算复杂,易出错,无法满足加工效率的要求,虽然数控系统具有宏程序指令编程功能,但是对于初学者和基础较差的编程人员是难以直接接受的。再者,一般编程人员在使用宏程序编程时,根本无法避免刀具刀尖圆弧对加工过程所产生的刀尖半径误差进行补偿,做出的形状无法达到产品所需要的精度要求。为了消除刀尖半径对加工所形成的误差,可以通过使用CAXA数控车软件对圆弧螺纹车削截面做出精加工点状程序,避免人工计算节点出现错误,再使用手工编程,对点状程序进行手工优化,然后添加螺纹加工程序,从而避免了因刀尖半径误差造成产品的报废。因此,本实例将使用手工编程及电脑编程结合使用编制圆弧螺纹加工程序,简单易学。图2为加工切削示意图,将曲线分为若干段,每定位一个节点,刀具往左切削一次形成螺旋线,直至从第一个节点加工至最后一个节点。每个节点连接起来形成曲线形状,节点与节点距离越近曲线精度越光顺,螺纹表面越光滑。
三、程序编制步骤
(1)使用CAXA数控车软件绘制一倍的螺纹导程截面,并生成精加工轨迹路线,如图3所示。然后通过加工轨迹生成精加工点轨迹程序,如图4所示。
(2)通过手工编程方式,将生成的精加工点轨迹程序运用到螺纹程序当中,如图5所示。
四、结束语
以上措施有效地解决了加工特殊曲面螺纹等问题,减轻了操作者的劳动强度,提高了加工效率并保证加工后零件的质量。在工作中,要善于思考,善于分析,充分利用所掌握的各项知识,理论联系实际,在大量的实际运用中,不断总结,以提高自己的理论和实践水平。
参考文献:
[1]许祥泰,刘艳芬.数控加工编程实用技术[M].北京:机械工业出版社,2001.
[2]时建.数控车工技师技能训练[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2007.