贵州航天电器股份有限公司    李贺 


摘  要:根据目前复合加工中技术现状,举例讲解应用手工宏程序编制方式和GibbsCAM软件编程方式。手工编程应用广泛,而软件编程则极大的简化编程难度,提高制造效率。

关键词:手工宏程序编程;GibbsCAM软件编程;复合加工

 

 在零件加工尤其是复合加工中,目前手工编程方式依旧普遍存在。针对比较复杂的零件,手工编程主要是应用宏程序的方式来进行。谈到宏程序我们就应该关注历届全国数控大赛。全国数控大赛由劳动和社会保障部、教育部、国防科学技术委员会、中华全国总工会、中国机械工业联合会联合举办,堪称数控奥林匹克,大赛试题引领着数控应用的高端技术。第三届全国数控大赛已经于200810月在大连圆满结束,但大赛中的很多东西还值得我们学习探讨。图一是大赛数车实操实体装配图:

1.jpg     2.jpg

图一 第三届全国数控大赛数控车实体装配图

Figure 1 CNC Lathe Solid Assembly in CNCC2008 


由图一可知本题涉及到了轴、套、盘三类零件,几何形状涉及到了非圆弧曲面、V形槽、锥度、直槽等等,这里就不一一列举。本文着重分析针对非圆弧曲面的传统手工宏程序编程和应用CAM软件进行的新型编程方法。


1.   传统加工法(宏程序编程法)

在这里大家可能会觉得奇怪,宏程序编程怎么会叫传统呢,同行人都知道宏程序在数控加工编程中是最困难的一种编程方法,因为它涉及到了C语言知识、加工工艺知识、实操经验等,可以说它是一种劳动密集型和智慧密集型的结晶。但这里我还是称它为传统,因为宏程序是你不借助任何辅助CAM软件,直接手工编制出宏程序就可以将零件加工到尺寸要求。图二为零件加工特征尺寸。

3.jpg

图二 零件加工特征尺寸

Figure 2 Part Dimension 

1.1  双曲线特征编程

宏程序为:

G0X100.0 Z1.0;   (快速定位到待加工点,对刀时加工双曲线的35度外圆尖刀以双曲线右端X值为63.886处对Z向为零点)

G1X63.886F0.1;

#101=12.075;  (定义曲线方程的Z值)

N100 #102=-9*SQRT[1+#101*#101/56.25]+49;  (定义曲线方程的X值)

#103=#101-12.075;   (定义加工中工件坐标系的Z值变化)

#104=#102*2.0;      (定义加工中工件坐标系的X值变化)

G1X#104Z#103F0.1;  (通过走直线的方式来逼近非圆弧曲线)

#101=#101-0.1;      (加工时Z向步距为0.1)

IF[#101GE-12.075]GOTO100;  (如果没有加工到双曲线的Z终点12.075处,就跳转到N100处,继续加工,直到加工完毕为止)

G1X100.0Z1.0;              (退刀)

G0X200.0Z100.0;            (回安全点)

M1;      (程序单段停止)

 

我这里所编的宏程序在现实加工中根据工艺的安排顺序有两种用法:

1)用35度或55度外圆车刀直接加工,可以直接用G73G71调用宏程序;

2)不用G71或G73调用,直接用宏程序加工,但这样必须在用宏程序加工之前,用外切槽刀对双曲线进行粗加工,粗加工时可以先切槽,在用外圆刀走R14.5的始末两点圆弧,最后用宏程序加工双曲线。

 

1.2  圆弧面上的圆弧螺旋槽

该螺旋槽走势为一条导程为8mm的螺纹线,但它不是螺纹,而是一个R3的圆弧顺着螺纹线缠绕于圆弧面上的一条特殊的螺旋弧槽

宏程序为:

#101=1.5.                 (刀宽)

#103=81.               (大经)

#104=10.               (起点Z)

#105=0                (起始层次)

#102=[8.-#101]-[0.072*#105]  (Z向加工宽度)

N111#106=#4-[#105*0.036]  (Z轴偏移)

#103=81.-[#105*0.2]       (X轴偏移)

N222G0X90.Z#106.      

G0X#103

G32Z-10.F8.0         (导程8mm)

G0X90.

Z#106

#106=#106-0.2             (每一层中Z轴偏移量减刀具加工尺寸)

#102=#102-0.2             (每一层中Z向终点判别)

IF[#102GT0]GOTO222

#106=#104-[8-#101]+[0.036*#105] (每一层中Z轴最终尺寸)

G0X90.Z#106.        

G0X#103

G32Z-10.F8.0

G0X90.Z#106

#105=#105+1.              (层次加1)

#102=[8.0-#101]-[0.072*#105]   (下一层加工宽度Z向)

IF[#102GT3.0]GOTO111(终点判别)

G0X100.

Z0.

M1

宏程序中用到了几个公共变量,按常理说公共变量不会影响到数控机床系统内部设定的系统变量,但我们应该根据现场情况灵活处理,比如说双通道的数控机床(哈挺QTT65DMG Twin42等)可能单独运行宏程序模块时会产生报警,因为宏程序变量和系统内部变量发生冲突,这时我们可以做以下更改:打开机床面板-手轮调到编辑模式-可写入打开(把WRITE参数0改为1-搜索到参数6000-6000下排的第五位参数改为1;假如我们的机床是单通道的可以无需任何更改直接运行。


 2.   GibbsCAM软件编程方法

GibbsCAMCimatron公司旗下的一款面向零件加工,尤其是车铣复合领域的CAM加工方案,其最大的特点是界面简洁,易学易用,操作模式和我们的工艺习惯非常一致。

2.1 双曲线特征编程

借助GibbsCAM加工这种非圆弧曲面会让加工变得轻松简单。软件自动提取出车加工所用轮廓,并应用加工标记,定义想要加工区域的起始点和终止点即可。见图二所示。注意图三采用的是下刀塔刀具加工(哈挺TT65双刀塔机床),所以虽然选择加工对象为X正向,但由它生成的切削轨迹会自动对用到X负向,以适应下刀塔刀具的加工。

4.jpg

图三 GibbsCAM切槽粗加工

Figure 3 GibbsCAM Groove Rough Cutting

 

粗加工-选择宽为3mm的切槽刀,工程序由计算机自动生成,转速S1200、进给量F0.1,加工时间为34秒。

G0G99Z-48.31M264
X85.
G1X68.303F.05
G0X85.
Z-50.31
G1X58.1F.1
G0X85.
Z-53.23
G1X58.1
G0X85.
G0G99Z-87.506M8
G1X63.986F.05
G0X85.
Z-90.341
G1X63.986F.1
G0X85.
Z-93.175
G1X63.986
G0X85.
Z-95.8
G1X67.488
G0X85.
Z-98.424
G1X70.991
G0X85.
Z-101.049
G1X74.493
G0X85.
Z-103.673
G1X77.995
G0X85.
Z-106.298
G1X81.498
G0X85.
G97S2000
G0G99Z-87.456M8
G1X85.004F.04
X63.886
Z-93.225
X86.528Z-110.192
G0X85.
M9
M5
M98P1  (回安全换刀点)
M1

精加工采用3mm切槽刀,转速S1800、进给量F0.04,加工时间为31秒。具体NC代码忽略。

 

2.2 螺旋圆弧槽加工法

用GibbsCAM软件编程只需控制一条线段就可以编出想要的螺旋槽走刀轨迹,如图四所示:

5.jpg

图四 GibbsCAM缠绕加工螺旋圆弧槽

Figure 4 Spiral Round Groove cutting by GibbsCAM Rotary Milling

 

此处应用GibbsCAM软件体现出极大的优越性。只需在YZ面上取一条螺旋线的展开图,然后针对此平面上的直线进行最简单的2.5轴编程,并对应应用GibbsCAM缠绕加工(Rotary Milling)就可以生成预期的加工轨迹(图中红线)。有人可能会质疑说由CAM软件生成的G代码都比较长,而如果机床内存太小,带来加工的不便。然而恰恰相反,针对此螺旋圆弧槽,下面是GibbsCAM生成的加工G代码:

G0G98Y0.Z-55.474
X85.
M5
M23
G19
M51S2500
C-115.607
X84.
G1X76.F100.
X82.567Z-86.695C1317.03F111.004
G0X84.
X85.
M16
M9
M55
M98P1
M1

 

加工参数S2500,进给量由软件计算生成,比如说你给F80的进给量,软件通过计算最后输出F111.004的进给量,因为该螺旋槽不是普通螺旋槽(公司的很多零件外壳面上的三条螺旋槽),此处的螺旋槽是一个半径为3mm的圆弧顺着一条导程为8mm的螺纹线缠绕在半径100mm的圆弧面上而组成的螺旋弧槽,比如当加工螺纹时,只给出主轴转速,进给量由数控机床里的脉冲编码器通过对螺距和转速的编译而控制,所以此处加工螺旋弧槽进给量是由软件计算得出,加工时间为12分44秒。


3.  结语                             

本文通过针对第三届全国数控大赛的一道试题,讲解了如何应用手工宏程序编制方法,以及应用CAM软件的智能编程方法。两种情况都在现实加工中普遍存在。但随着企业信息化技术的提升,CAM软件作为数控高效加工的一个平台,结合自身情况有效的利用它,可以极大的简化编程难度,提高生产效率。近些年在铣削加工包括五轴铣削方面的CAM技术应用越来越成熟,但在复合加工方面,目前还是手工编程居多。希望本文对此领域的加工技术感兴趣的朋友有所裨益。