一、引言
数控加工作为机械制造业中先进生产力代表,十余年引进与发展,已经在汽车、航空、航天、模具等行业发挥了巨大作用。它推动了企业技术进步和经济效益增长。而数控编程是决定数控加工质量和效率的一个重要方面,尤其在高速、精密加工中更为突出。在机械行业中数控编程人员的水平高低不同,建立一定的规范,可以让大家避免低层次问题和重复性问题的发生。
图1 数控加工程序编程过程描述图
二、数控加工编程流程
数控加工编程的一般流程包括:确定编程依据;建立工艺模型;定义加工操作;生成刀位轨迹;加工轨迹仿真;后处理;数控加工程序仿真模拟;数控加工程序校对检查;发放现场加工;数控加工程序定型等。其具体编制流程见图1。
2.1确定编程依据
数控编程依据主要包括三维模型、工程图样、零件制造指令(数控工艺规程),通过数控编程依据以获取以下信息:零件信息;数控加工工艺方案;数控机床类型;装夹定位方式;刀具;工序以及工步;加工程序号;产品加工状态等。
2.2 建立工艺模型
在零件三维模型和工程图样的基础上进行工艺模型的设计,主要包括:零件三维模型的修剪;建立工艺参考面;建立工艺定位孔;压板及位置设计;加工面的余量处理等。
2.3 定义加工操作生成刀位轨迹
定义加工操作,生成刀位轨迹,主要内容包括:定义编程坐标系;充分考虑加工材料特性、刀具切削特性、机床切削特性、零件需要去除的材料状况等因素,依据工艺要求定义加工方式(包括各种走刀策略等)、工艺参数(包括余量、进给速度、主轴转速、加工刀路的跨距等)以及辅助属性(包括对刀点、安全面、数控机床属性等);生成刀位轨迹。
2.4 加工轨迹仿真验证
加工轨迹仿真验证主要内容包括:检查刀具、机床、工件、夹具定义是否齐备,尺寸是否准确我;检查加工操作定义每一个工序应该达到的零件尺寸是否正确;检查加工操作定义中加工方式(如粗加工策略、刀补加工、腔体加工等选择)是否正确、合理;检查加工过程中数控机床工作台、被加工零件、刀具、夹具之间是否的过切、欠切、碰撞干涉等问题;工艺参数是否基本合理等。
2.5 后置处理
后置处理过得可以是独立的处理过程,也可以与刀位文件的的生成过程结合为一体,根据处理软件的功能选择适当处理方式,而后处理有以下几点要求:生成特定数控系统专用的加工程序应选择其特定后置处理软件;后置处理软件的开发或定制要结合特定的控制系统和机床运动结构类型;后置处理软件要保证刀位加工信息的充分转换,且满足控制系统语法要求;后置处理时自动将必要的注释说明加入到加工程序中。
2.6 数控加工程序仿真验证
在编程软件或结合数控仿真软件(Vericut)的功能基础上,尽可能的对数控加工程序涉及的各个方面进行验证,以保证最终加工程序的正确性,并做相应的数控加工程序仿真验证记录。仿真验证主要包括以下几方面内容:检查加工程序中注释信息是否正确;检查数控加工程序中加工方式选择是否正确;检查加工程序中刀具尺寸信息是否正确;检查数控加工程序中每一个工序应该达到的零件尺寸信息是否正确;检查数控加工程序刀具补偿信息是否正确;检查数控加工程序是否有过切、欠切、碰撞干涉等问题;检查数控加工程序中主轴转速、进给速度是否与当前数控机床匹配等。
2.7 数控加工程序校对检查
数控程序的校对与工艺文件校对完全不同,程序格式是一个个坐标点,如果一行行校对程序内容,需要花费大量的时间,也是不切实际的。程序的校对工作主要从以下几个方面考虑:①模型,模型是保证程序正确的基本要素,校对模型的正确性,分析模型所有数据与工艺文件要素是否一至。②坐标系,编程的加工坐标系方向与工艺文件要求的是否相符,是否便于操作,坐标系选择是否合理,是否便于控制尺寸。③加工策略,不同的加工策略生成的程序是绝然不同的,程序量有大小也不同,分析加工策略的合理性,主要是控制程序的刀具轨迹,控制加工质量和效率。④刀具,刀具材料、规格和形式是根据零件材料和零件加工部位确定的,不同的刀具直接影响加工效率和加工质量。⑤进刀点和退刀点,进刀点和退刀点是造刀啃伤、扎伤零件的主要因素,也是影响表面质量的重要方面。⑥程序格式,不同的数控系统对程序的格式要求不同,一般可能通过对后处理程序的编辑,生成满足不同控制系统要求的加工程序,程序格式的校对主要是在程序首尾、不影响程序的加工质量。
数控程序必须做到完整、正确、统一、协调,保证操作者能够正确使用程序,加工出合格产品。数控加工程序应能保证整个过程的合理性、安全性、稳定性。
2.8数控程序现场试加工及加工程序定型
对一些工艺性复杂、加工难度大、尺寸精度高、批量大的零件,要组织数控编程人员、车间工艺主管人员、操作人员、检验人员等对现场试加工情况进行跟踪、记录以便于即时更正不合理的装夹定位方式、切削参数等。对于一些单件生产的零件、工艺性好、尺寸精度不高的情况下,尽量避开试切加工,而在数控加工仿真环节发现问题并更正,以便提高编程效率、降低生产成本。
对于批量生产的零件,应该在第一批次生产完后,对数控加工程序进行定型、入库统一管理。
三、数控程序及制造大纲(FO)的管理
3.1 数控程序的命名
为方便查阅,易于识别、调用和管理,必须对第一个数控程序文件进行合理的命名。数控机床的编码倍数是不同的,且一般只识别数字、字母,不同的数控系统所识别的程序格式也不同。因此,数控程序命名的形式一般为:名称+后缀。
①名称组成一般为:产品代号_加工类型+工序号_程序版次。其中“产品代号”即为引用涉及零件的图号;“加工类型”即为是铣(M)还是车(L);“工序号”即为工艺文件中的工序号;“程序版次”即新版(NEW),换版后可以用001、002……等依次类推进行管理。
②后缀组成:一般为txt、mpf等。
③数控程序命名示例:某产品代号为D25-1155-12-00,有三道工序需要数控加工,其中工序25为数控铣加工工序,第一次编制的数控程序,则其相应的数控程序文件在程序库中的名称为:
④数控程序的命名以符合控制系统要求和便于识别、调用和管理为原则。
3.2 刀具的命名
在数控机床上加工零件时需要使用许多不同规格的数控刀具,当产品结构复杂或者所要加工的产品种类繁多时,程序和刀具的数量会大大增加;由于刀具号并没有一个统一的命名标准,多数企业都是随机对刀具进行命名,因此如果我们只是简单的定义刀具名称为刀具直径D+刀具底角R(如D12R2),然后进行数控编程,其结果是:1.操作工很可能无法根据D12R2这样的代码选择与程序对应性能的刀具;2.操作工也很难判断所需加工刀具的工作长度,所需加工刀具刃长,因此一旦操作工错误地选择了刀具,将对机床的安全和产品的质量带来隐患; 3.为了确定机床内某一把刀具的型号或尺寸要花费相当长的时间去测量、检查和查找。基于上述原因,我们提出以下刀具命名的新方法,解决了如何组织刀具使刀具的存取更方便、如何调度刀具使刀具交换次数最少、如何选配刀具使刀具准备时间最短、利用率最高的问题。
①立铣刀:LX+D+直径+L+刀具伸出长度+La+刀具刃长+Z+刃数+R+底齿半径。如LXD25L50La25Z3R1.5_L7表示(立铣刀的直径为25mm,工作长度要求最小50mm,刃长要求最小25,刃数为3刃,底角半径为R1.5;L7为加工7075进口铝材)。
②钻头:ZT+D+直径+刀具伸出长度+ La+刀具刃长+Z+刃数+J+钻角。如ZTD6.5L30La20Z2J120表示(此钻头的直径为6.5mm,工作长度要求最小30mm,刃长要求最小20,刃数为2刃,钻尖角为120度)。
在后置时,要求其刀具信息一起输出,这样可以防止操作者在漏改刀号、刀长号的情况下运行程序。其主要目的为数控程序编制和程序仿真建立统一标准。也便于刀具的统一发放、校对。
3.3数控加工工序内容要求
在制造大纲(FO)中,数控加工工序内容也有必要作出以下一些要求,防止制造大纲(FO)与数控程序的不一至,造成零件的报废。具体要求如下:
①要清楚地标明毛坯或零件的装夹定位面和工件坐标原点及坐标系,并保证坐标原点及坐标系与加工程序一至。
②要清楚的标明压板压紧零件或毛坯的位置及压板螺栓上顶面的极限高度。
③要简要叙述所需要的刀具的必要规格参数和该刀具所加工的零件部位。
④要准确的表达加工零件的数控程序名
⑤要准确地表达加工该零件的工装。
四、结束语
数控技术作为多年的先进制造技术,其技术含量很高,涉及到多方面和内容,尤其是数控加工编程的快速高效化、高速切削的应用、数控工艺程序编制的规范化和标准化等方面表现更为突出。数控加工的高效的发挥在很大程度上和企业本身的技术管理模型相关。数控加工程序编制的规范化、标准化在一定程序上体现了企业自身数控加工技术应用水平,通过规范化来约束数控程序的多样化,提高刀具轨迹的质量,如在工艺文件中注明定位基准、对刀基准、坐标系、刀具参数与切削参数;对于程序的编制可从二维轮廓加工、三维曲面加工、固定循环、刀具补偿、刀具轨迹加工策略等多个方面进行规范化编程;在典型零件加工工艺经验的基础上,建立标准化、规范化的数控程序模板,可以大幅度提高编程质量和产品的加工效率。对于企业成功的产品加工工艺与数控加工经验可以以模板形式保存,既有利于资源的重复利用,同时可作为技术交流的资源,因此有效的数控加工工艺与数控编程模板、相应规范的使用,可从很大程序上减少质量事故,降低成本,提高加工的效率。