數(shù)控程序的改進(jìn)對加工制造的影響

高麗霞　劉曦永　張文鵬

摘 要：制造自動化技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，其核心是數(shù)控技術(shù)。數(shù)控加工工藝分析與編程是數(shù)控加工的核心，合理的工藝技術(shù)是數(shù)控加工質(zhì)量和加工效率的保證。介紹了連接盤程序及其加工工藝，從節(jié)約時間和節(jié)約刀具的使用量兩方面入手分析加工過程，探討了不同的數(shù)控加工工藝對工件加工成本和效率的影響，并依此改進(jìn)數(shù)控加工程序和加工方法。這項工作對日后的數(shù)控編程工作有很大的啟發(fā)，為企業(yè)降低成本、提高工作效率、提高市場競爭力奠定了堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控編程；銑削；加工工藝；自動化技術(shù)

中圖分類號：TP205 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.097

數(shù)控技術(shù)是綜合應(yīng)用計算機、精密機械、自動控制和自動檢測等技術(shù)的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)極大地推動了計算機輔助制造系統(tǒng)、集成制造系統(tǒng)、虛擬制造系統(tǒng)和敏捷制造的發(fā)展，使其朝著高效化、高精度化、集成化、系統(tǒng)化和高可靠性的方向發(fā)展。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出了許多先進(jìn)技術(shù)，而且它們的自動化程度也在逐步提高。在當(dāng)今社會，制造企業(yè)不僅要生產(chǎn)出質(zhì)量合格的零件，還對其整個生產(chǎn)工藝提出了更高的要求——提高加工效率，降低加工成本，提高市場競爭力。本文以減速器連接盤的銑削數(shù)控工藝程序為例，詳細(xì)分析了它的工作過程，并且根據(jù)需要和實際情況合理選擇刀具、確定走刀路線和切削形式。

1 連接盤加工現(xiàn)狀和改進(jìn)措施

1.1 現(xiàn)狀分析

普通銑刀刀盤上裝夾的銑刀刀片長約16 mm，寬12.5 mm，刀片裝在銑刀盤周圍，如圖1所示。銑刀刀盤的一次性加工面積比較小，當(dāng)需要連續(xù)銑削較厚的大面時，就需要連續(xù)銑幾次。例如，利用現(xiàn)有的立式數(shù)控銑床加工連接盤，連接盤的6個齒需要均勻地銑削大約7.5 mm。在加工前，連接盤需要銑削的部分如圖2陰影部分所示，加工后的部分如圖3所示。因為需要銑削的面比較大，所以，其加工方法是：受加工量的限制，每一刀的加工深度為5 mm，并且按照既定程序沿齒形方向循環(huán)，

這樣，1個齒就需要走11圈。在此過程中，要結(jié)合實際條件，按照程序設(shè)定的線速度運行。1個齒形走完1圈需要4 min，而每個齒至少需要走11圈，那么，加工1個齒就需要44 min。一般情況下，1個連接盤有6個齒，再加上中間轉(zhuǎn)換角度和自動調(diào)整刀具位置的時間，整個過程耗時就更長了。

另外，在加工過程中，可以考慮用合金銑刀直接銑削，合金銑刀如圖4所示。雖然合金銑刀的銑削面積大，但是，它不能執(zhí)行較大吃刀量的銑削；雖然依靠合金銑刀可以直接加工，而且加工工藝簡單，但是，大量的銑削會嚴(yán)重?fù)p壞刀具，降低刀具的耐用度。同時，使用銑刀盤往復(fù)銑削，不僅耗時長，而且刀具的磨損情況也比較嚴(yán)重，工作效率較低。

1.2 改進(jìn)分析

由現(xiàn)有的加工方法可知，在毛坯的基礎(chǔ)上，需要去除的材料厚度比較大。如果銑刀盤的一次性切削量比較大，就很容易損壞銑刀刀片，而且循環(huán)次數(shù)多，工藝方法復(fù)雜，耗時長。另外，面對這么大的銑削量，如果不能直接使用合金銑刀一刀銑成，就會損壞刀具。為了解決這些問題，工作人員修改了編程工藝——將原來的周轉(zhuǎn)深度5 mm改為使用銑刀盤在每個齒的適當(dāng)位置選擇幾個切削點進(jìn)行從上到下的粗切削，留下較小的余量，然后用合金銑刀進(jìn)行精加工。

切削點的選擇原則有以下3點：①選擇切削點時，應(yīng)選擇去除材料多的地方，并且不影響有用的部分；②盡量選擇切削次數(shù)最少的點；③切削余量要盡可能少。

1.3 改進(jìn)措施

在實際加工過程中，連接盤內(nèi)圓弧的直徑為58 cm。受生產(chǎn)條件的限制，沒有直徑為58 cm的刀具，只有直徑為53 cm的銑刀盤，所以，要在CAD軟件中繪圖，在1個齒一側(cè)的4個點處切削，并且要滿足切削點的選擇原則。4個點的坐標(biāo)分別為A（130.71，-21.98），B（133.77，-21.18），C（183.35，-37.88），D（187.43，-41.4），如圖5所示，并且每個點在刀具上的直徑如4個細(xì)實線圓所示。

對于工件，齒一側(cè)切削量的放大情況如圖6斜線部分所示。當(dāng)選擇A，B，C，D作為切削點時，四刀切削后可去除的材料如圖7斜線部分所示，切削余量如圖8黑色區(qū)域所示。從圖中可以看出，經(jīng)過切削點后，切削余量已經(jīng)很少了。因為粗銑后余量很少，所以，可以使用合金銑刀一次性順利銑削，即精銑。銑削后，零件中整個齒的實物如圖9所示。

連接盤每個齒需要銑削的深度為55 cm，每個齒需要粗銑8刀，那么，粗銑每個齒所需時間約為18 min（基于程序中F150），初步銑每個連接盤所需時間大約為108 min，精銑一周所用時間約為40 min。由此可知，這樣做比之前采用的加工方法節(jié)約了將近1/2的時間，能夠達(dá)到提高工作效率的目的。

1.4 程序修改與比較

銑削工藝的改變體現(xiàn)在銑削程序和銑削思想的改變上。

修改前的子程序片段為：

N20 T1 D1；選擇合適刀具（刀具庫事先設(shè)定刀具參數(shù)）

……

N50 G1 G91 Z-5 F1500；（第一圈切削5 mm）

N60 G1 G90 X190.53 Y41.50 RND=4 FRC=300；（切削起始位置的圓弧）

N70 G1 X183.47 Y39.29 RND=4 FRC=100；

N80 G2 X131.98 Y23.2 CR=29 RND=3 FRC=300；（切削齒中間較大的圓弧）

N90 G1 X128.12 Y22 RND=3 FRC=100；

N100 G1 X128.12 Y22 RND=3 FRC=100；

N110 G1 X131.98 Y-23.2 RND=3 FRC=100；

N120 G2 X183.47 Y-39.29 CR=29 RND=4 FRC=100；

N130 G1 X190.53 Y-41.5 RND=4 FRC=300；

N140 G1 X……

N150 REPEAT N50 P=10；（工件旋轉(zhuǎn)60°后重復(fù)N50以后的程序10次）

……

修改后的子程序片段為：

N30 T1 D1；

N40 G0 Z5；

N50 G0 G90 G64 X187.43 Y-41.4；（在第一個選定點準(zhǔn)備切削）

N70 G1 Z-55 F150；（在第一個選定點切削）

N80 G0 Z5；

N90 G0 X183.35 Y-37.88；（在第二個選定點準(zhǔn)備切削）

N100 G01 Z-55 F150；（在第二個選定點切削）

N110 G0 Z5；

N120 X133.77 Y-21.18；（在第三個選定點準(zhǔn)備切削）

N130 G01 Z-55 F150；（在第三個選定點切削）

N140 G0 Z5；

N150 X130.71 Y-21.98；（在第四個選定點準(zhǔn)備切削）

N160 G01 Z-55 F150；（在第四個選定點切削）

N170 G0 Z5；

……

由上述分析、比較可知，采用修改后的工藝比之前的工藝節(jié)約了大約1/2的工作時間，有效提高了工作效率，無形中降低了加工成本。在日益激烈的行業(yè)競爭中，較低的加工成本無疑是企業(yè)競爭的絕對優(yōu)勢之一。

2 結(jié)束語

綜上所述，對于連接盤加工，不是采用多次循環(huán)的方式，而是采用取點并且直接切削到預(yù)定深度的加工方法。這樣做，大大提高了加工效率。由此可見，在數(shù)控編程時，工作人員可以選擇的加工方式很多，但是，在選擇加工方法時，可以綜合考慮各方面因素，考慮現(xiàn)有的條件，選擇成本較低又節(jié)約時間的加工方法。與此同時，還要打破常規(guī)思維方式，不斷嘗試新的加工工藝，從而節(jié)約成本、提高工作效率，進(jìn)一步提高企業(yè)的市場競爭力及其對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力。

參考文獻(xiàn)

[1]王知行，鄧宗全.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]李體仁，王勇強.數(shù)控手工編程技術(shù)及實例詳解——西門子系統(tǒng)[M].西安：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

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作者介紹：高麗霞（1984—），女，山西大同人，碩士，主要從事機械設(shè)計與制造方面的研究。

〔編輯：白潔〕