数控车床编程技巧提高机床效率

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科学技术的发展，导致产品更新换代的加快和人们需求的多样化，产品的生产也趋向种类多样化、批量中小型化。为适应这一变化，数控（NC）设备在企业中的作用愈来愈大。我校作为国家级重点职校，为顺应时代潮流，重点建设数控专业，选购了BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床。它与普通车床相比，一个显著的优点是：对零件变化的适应性强，更换零件只需改变相应的程序，对刀具进行简单的调整即可做出合格的零件，为节约成本赢得先机。但是，要充分发挥数控机床的作用，不仅要有良好的硬件，（如：优质的刀具、机床的精度等），更重要的是软件：编程，即根据不同的零件的特点，编制合理、高效的加工程序。通过多年的编程实践和教学，我摸索出一些编程技巧。
　　数控车床虽然加工柔性比普通车床优越，但单就某一种零件的生产效率而言，与普通车床还存在一定的差距。因此，提高数控车床的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
　　1.灵活设置参考点
　　BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床共有二根轴，即主轴Z和刀具轴X。棒料中心为坐标系原点，各刀接近棒料时，坐标值减小，称之为进刀；反之，坐标值增大，称为退刀。当退到刀具开始时位置时，刀具停止，此位置称为参考点。参考点是编程中一个非常重要的概念，每执行完一次自动循环，刀具都必须返回到这个位置，准备下一次循环。因此，在执行程序前，必须调整刀具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致。然而，参考点的实际位置并不是固定不变的，编程人员可以根据零件的直径、所用的刀具的种类、数量调整参考点的位置，缩短刀具的空行程。从而提高效率。
5 u1 d( ]# }/ J　　2.化零为整法
　　在低压电器中，存在大量的短销轴类零件，其长径比大约为2~3，直径多在3mm以下。由于零件几何尺寸较小，普通仪表车床难以装夹，无法保证质量。如果按照常规方法编程，在每一次循环中只加工一个零件，由于轴向尺寸较短，造成机床主轴滑块在床身导轨局部频繁往复，弹簧夹头夹紧机构动作频繁。长时间工作之后，便会造成机床导轨局部过度磨损，影响机床的加工精度，严重的甚至会造成机床报废。而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作，则会导致控制电器的损坏。要解决以上问题，必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的动作间隔，同时不能降低生产率。由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件，则主轴送进长度为单件零件长度的数倍，甚至可达主轴最大运行距离，而弹簧夹头夹紧机构的动作时间间隔相应延长为原来的数倍。更重要的是，原来单件零件的辅助时间分摊在数个零件上，每个零件的辅助时间大为缩短，从而提高了生产效率。为了实现这一设想，我联想到电脑程序设计中主程序和子程序的概念，如果将涉及零件几何尺寸的命令字段放在一个子程序中，而将有关机床控制的命令字段及切断零件的命令字段放在主程序中，每加工一个零件时，由主程序通过调用子程序命令调用一次子程序，加工完成后，跳转回主程序。需要加工几个零件便调用几次子程序，十分有利于增减每次循环加工零件的数目。通过这种方式编制的加工程序也比较简洁明了，便于修改、维护。值得注意的是，由于子程序的各项参数在每次调用中都保持不变，而主轴的坐标时刻在变化，为与主程序相适应，在子程序中必须采用相对编程语句。
　　3.减少刀具空行程
3 d  q, V. t8 t7 x' n0 q* X　　在BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床中，刀具的运动是依靠步进电动机来带动的，尽管在程序命令中有快速点定位命令G00，但与普通车床的进给方式相比，依然显得效率不高。因此，要想提高机床效率，必须提高刀具的运行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。只要减少刀具空行程，就可以提高刀具的运行效率。（对于点位控制的数控车床，只要求定位精度较高，定位过程可尽可能快，而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的。）在机床调整方面，要将刀具的初始位置安排在尽可能靠近棒料的地方。在程序方面，要根据零件的结构，使用尽可能少的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散，在很接近棒料时彼此就不会发生干涉；另一方面，由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化，必须在程序中对刀具的参考点位置进行修改，使之与实际情况相符，与此同时再配合快速点定位命令，就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率。
　　4.优化参数，平衡刀具负荷，减少刀具磨损
& p1 H: b- S  d; m# s7 K* I　　由于零件结构的千变万化，有可能导致刀具切削负荷的不平衡。而由于自身几何形状的差异导致不同刀具在刚度、强度方面存在较大差异，例如：正外圆刀与切断刀之间，正外圆刀与反外圆刀之间。如果在编程时不考虑这些差异。用强度、刚度弱的刀具承受较大的切削载荷，就会导致刀具的非正常磨损甚至损坏，而零件的加工质量达不到要求。因此编程时必须分析零件结构，用强度、刚度较高的刀具承受较大的切削载荷，用强度、刚度小的刀具承受较小的切削载荷，使不同的刀具都可以采用合理的切削用量，具有大体相近的寿命，减少磨刀及更换刀具的次数。
　　本文总结的一些具体结论仅适用于BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床，但是它表现的编程思想具有普遍意义。要编制合理高效的加工程序，必须要熟悉所使用机床的程序语言并能加以灵活运用，了解机床的主参数，深入分析零件的结构特点、材料特性及加工工艺等。
　　BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床指令包括G、M、S、T。其中指令为准备功能指令，M指令为辅助功能指令，S为主轴转速控制指令，T为刀具选择指令。下表列出了部分常用的指令代码及含义。
　　代码符号代码含义代码符号代码含义
/ |; {' s5 Z( Y2 l. {6 x, Q2 o　　G90绝对值输入G31等导程螺纹切削
　　G91相对值输入G32跳步功能
) r! H+ d" q; O( R4 z　　G00快速点定位M02、M03程序结束
# b5 K+ j0 ?' U8 ]0 w1 G: V　　G01直线插补M00程序停机
  q, D# t' L. t' U8 U; \+ u　　G02、G03顺圆和逆圆插补M01选择停机
　　G28自动返回参考点M98调用子程序
　　G04暂停M99子程序结束
% a" {8 T$ j2 |% \" q) R耐磨焊条
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