雙刀架數(shù)控車床研究管理論文

1、雙刀架數(shù)控車床研究管理論文 1前言 雙刀架數(shù)控車床采用多刀同時(shí)切削，能縮短工時(shí)，提高生產(chǎn)效率，在批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用。數(shù)控加工的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)，是NC機(jī)床工作的原始依據(jù)，由被加工零件的圖紙確定。用自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程，必須以某種CAPP的方式獲取工藝路線、走刀軌跡、切削參數(shù)以及輔助功能(換刀、變速、冷卻液開停等)。 對(duì)于毛坯尺寸偏差大的工件的數(shù)控加工，若按傳統(tǒng)的編程方式，就必須按照最大毛坯尺寸編程。如果按最大尺寸編程，一則加工效率較低，再則會(huì)在某種情況下造成空切，而在另外某種情況可能會(huì)造成過切。過切的后果，輕則影響刀具耐用度，重則損壞刀具影響機(jī)床的精度。所以，毛坯偏差大的工件的數(shù)控加工最

2、好是根據(jù)每個(gè)工件的具體情況，來確定加工該工件的切削參數(shù)(如切削余量、走刀次數(shù)等)。本編程系統(tǒng)借助數(shù)控系統(tǒng)的刀具監(jiān)控功能，在線測(cè)量工件上的一些關(guān)鍵點(diǎn)(稱作測(cè)量點(diǎn))的加工余量分布情況，在加工過程規(guī)劃中確定工步所通過的測(cè)量點(diǎn)(一個(gè)或多個(gè))，由此得到本工步的切削參數(shù)。本文以我們?yōu)轳R鋼公司車輪輪箍分公司開發(fā)的“雙刀架數(shù)控車床圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)”為例，研究雙刀架數(shù)控編程系統(tǒng)的CAPP技術(shù)。該自動(dòng)編程系統(tǒng)以Microstation為圖形平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAPP/NCP的系統(tǒng)集成。 2雙刀架數(shù)控車床自動(dòng)編程CAPP的特點(diǎn) 雙刀架數(shù)控車床是一種高效的數(shù)控機(jī)床，由于采用雙刀同時(shí)切削，所以能夠有效地縮短單件加工時(shí)

3、間，顯著地提高了生產(chǎn)率。而生產(chǎn)率提高的程度取決于左右刀架重疊加工時(shí)間的長(zhǎng)短，也就是說雙刀應(yīng)盡可能地同時(shí)加工工件的不同表面。本文以德國Diedesheim機(jī)床公司生產(chǎn)的VF120RW雙刀架立式數(shù)控車床(該機(jī)床配有兩套SINUMERIK810T數(shù)控系統(tǒng))加工火車車輪為例進(jìn)行分析研究。該機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)采用主從控制方式，其左刀架數(shù)控系統(tǒng)為主系統(tǒng)(機(jī)床主軸速度等由左數(shù)控系統(tǒng)控制)，右刀架數(shù)控系統(tǒng)為從系統(tǒng)，左、右兩個(gè)數(shù)控系統(tǒng)以M21指令來協(xié)調(diào)兩個(gè)刀架的動(dòng)作，以R參數(shù)傳遞數(shù)據(jù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)其加工效率可以比單刀架數(shù)控車床提高30%以上。 雙刀架數(shù)控車床自動(dòng)編程的加工過程規(guī)劃CAPP有別于普通的單刀架數(shù)控車床自動(dòng)編程

4、的CAPP過程。因?yàn)樵谶M(jìn)行CAPP時(shí)，加工的切削參數(shù)是未知的，實(shí)際使用的切削參數(shù)是在加工過程中通過測(cè)量得到的。在進(jìn)行CAPP時(shí)，必須要指定工步加工軌跡所經(jīng)過的測(cè)量點(diǎn)(一個(gè)測(cè)量點(diǎn)或多個(gè)測(cè)量點(diǎn))的信息。雙刀架數(shù)控車床加工過程規(guī)劃CAPP的復(fù)雜性還體現(xiàn)在必須保證能對(duì)用戶的規(guī)劃過程實(shí)施足夠的監(jiān)控，確保不會(huì)造成加工時(shí)工藝系統(tǒng)的幾何干涉和工藝干涉。加工過程規(guī)劃CAPP以數(shù)控系統(tǒng)的M21指令(左右刀架動(dòng)作協(xié)調(diào)指令)來對(duì)用戶的規(guī)劃進(jìn)行可行性檢驗(yàn)，以確保加工時(shí)左、右刀架在任何情況下都能正確工作，不會(huì)有干涉現(xiàn)象發(fā)生。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為用戶的CAPP提供了極大的方便，左、右刀架工步的規(guī)劃既可以輪流進(jìn)行，也可以一邊完成后再規(guī)

5、劃另一邊的工步。 3零件的幾何信息和工藝信息的提取 加工過程規(guī)劃CAPP是以人機(jī)交互方式規(guī)劃零件加工的一個(gè)工序的各工步，工步是加工過程規(guī)劃CAPP數(shù)據(jù)存取的基本單元，以工步ID來標(biāo)識(shí)工步；以雙向鏈表來組織規(guī)劃數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和修改操作，從而確保加工過程規(guī)劃CAPP有足夠的靈活性(規(guī)劃過程及工步工藝參數(shù)的可修改)。每個(gè)工步數(shù)據(jù)由刀具運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)和切削工藝數(shù)據(jù)兩個(gè)部分構(gòu)成。由于記錄工步數(shù)據(jù)量很大，故用結(jié)構(gòu)來記錄這些信息，以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)又方便了數(shù)據(jù)的操作。 系統(tǒng)充分利用Microstation系統(tǒng)的GUI技術(shù)，以對(duì)話框和符合Motif標(biāo)準(zhǔn)的控制進(jìn)行人機(jī)交互。系統(tǒng)人機(jī)界面友好、操作方便

6、。用戶以鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互，工步的幾何數(shù)據(jù)用鼠標(biāo)在CAPP圖形文件中點(diǎn)取零件輪廓的方式獲得；工步的工藝數(shù)據(jù)用鼠標(biāo)和鍵盤結(jié)合的方式輸入。 加工過程規(guī)劃CAPP以測(cè)量過程規(guī)劃的圖形文件和測(cè)量點(diǎn)R參數(shù)文件為輸入，以刀具清單為加工的裝刀依據(jù)；輸出加工規(guī)劃圖形文件，加工過程規(guī)劃CAPP數(shù)據(jù)文件。 一般工步規(guī)劃由五個(gè)部分組成，它們分別為：切削段、切入段、切出段、試刀段和工步ID放置。加工輪廓的切削段一般由若干個(gè)幾何圖素(直線或圓弧)組成，進(jìn)行CAPP時(shí)按切削的順序依次選取這些圖素。工步規(guī)劃的順序?yàn)椋呵邢鞫蔚囊?guī)劃，切入段的規(guī)劃，切出段的規(guī)劃，試刀段的規(guī)劃(可選)和工步ID的放置。工步以工步ID進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

7、 在進(jìn)行加工過程規(guī)劃CAPP模塊設(shè)計(jì)時(shí)(圖1，圖2)，為了適應(yīng)不同類工件的加工，提高數(shù)控加工的柔性，設(shè)計(jì)了多種刀具切入模式以供選擇，這主要有： (1)法向到工件首先選擇切入點(diǎn)所在圖素，然后再選擇切入段起點(diǎn)，加工時(shí)刀具從規(guī)劃的切入段起點(diǎn)沿加工面的法向切入。這種方法主要用于已知切入段起點(diǎn)位置的場(chǎng)合。 (2)法向從工件先選擇切入段的終點(diǎn)，然后再確定切入段起點(diǎn)的位置。這種方法主要用于已知切入段終點(diǎn)位置的場(chǎng)合。加工時(shí)沿加工面的法向切入。 (3)切向到工件首先選擇切入點(diǎn)所在圖素，然后再選擇切入段起點(diǎn)，加工時(shí)刀具從規(guī)劃的切入段起點(diǎn)沿加工面的切向切入。這種方法主要用于已知切入段起點(diǎn)位置的場(chǎng)合。加工時(shí)沿加工面的

8、切向切入。 (4)切向從工件先選擇切入段的終點(diǎn)，然后再確定切入段起點(diǎn)的位置。這種方法主要用于已知切入段終點(diǎn)位置的場(chǎng)合。加工時(shí)沿加工面的切向切入。 (5)斜向從工件先選擇切入段的終點(diǎn)，然后再選擇切入段起點(diǎn)的位置。這種方法主要用于已知切入段起點(diǎn)和終點(diǎn)位置的場(chǎng)合。加工時(shí)沿規(guī)劃的切入段起點(diǎn)到終點(diǎn)切入。 為了滿足毛坯制造精度低(例如：加工余量大，偏心大，曲率大或余量不均勻等)的工件的數(shù)控加工，若按常規(guī)的方法加工將會(huì)損壞刀具甚至無法加工。為了適應(yīng)這種類型的毛坯的加工，因而定義了幾種特殊類型的加工方法： (1)變進(jìn)給量切入當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)入切入段后，逐漸提高進(jìn)給量。該方法主要用于毛坯偏心較大部分的加工。 (2)工步

9、交叉切削當(dāng)前工步走完某一刀后，轉(zhuǎn)而跳到下一工步進(jìn)行切削，完成下一工步的加工后，再繼續(xù)完成當(dāng)前工步未完成的走刀。該方法主要用于工件輪廓曲率較大而且加工余量不均勻處的加工。 (3)多刀切削差異允許多次走刀時(shí)，刀具切入點(diǎn)、切出點(diǎn)位置可變。該方法主要用于加工余量特別大處的加工，以防止刀具在切入點(diǎn)或切出點(diǎn)處包容量過大而發(fā)生過切現(xiàn)象損壞刀具。 (4)中斷切入點(diǎn)允許加工過程中斷后，刀具沿另外設(shè)定的進(jìn)刀軌跡切入工件。該方法主要用于防止中斷后繼續(xù)進(jìn)行切削時(shí)，可能發(fā)生的刀具和工件的干涉。 為了方便操作，一方面提供了完善的在線幫助和操作向?qū)?，使得用戶可以在系統(tǒng)的提示下完成CAPP過程(圖3)；另一方面為了方便規(guī)劃，

10、在切入、切出段規(guī)劃時(shí)系統(tǒng)提供了刀具動(dòng)態(tài)，用戶可以直觀地確定切入、切出段位置。 4加工過程規(guī)劃CAPP數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 加工過程規(guī)劃CAPP數(shù)據(jù)以記錄形式存儲(chǔ)工步數(shù)據(jù)，一個(gè)記錄存儲(chǔ)一個(gè)工步的數(shù)據(jù)。由前述可知左、右刀架的工步由工步ID標(biāo)識(shí)，左、右刀架的CAPP數(shù)據(jù)分兩個(gè)文件存儲(chǔ)。實(shí)際存儲(chǔ)時(shí)，又將一個(gè)工步數(shù)據(jù)分為3個(gè)部分進(jìn)行存儲(chǔ)：其一為走刀軌跡幾何數(shù)據(jù)，其二為工步工藝數(shù)據(jù)，此外還有測(cè)量點(diǎn)信息。 工藝數(shù)據(jù)又分為工步工藝數(shù)據(jù)和走刀工藝數(shù)據(jù)，前者決定整個(gè)工步的切削參數(shù)(如：主軸速度檔，最大走刀次數(shù)，刀座號(hào)T，刀補(bǔ)地址D等)；而后者為工步中每個(gè)輪廓段(直線或圓弧)所獨(dú)有(如：進(jìn)給速度F，主軸轉(zhuǎn)速S，刀具監(jiān)控號(hào)遞增

11、值，精切余量，刀具半徑補(bǔ)償方式(G40，G41，G42)等)。工步走刀的幾何數(shù)據(jù)一般由4個(gè)部分組成：切削段數(shù)據(jù)、切入段數(shù)據(jù)、切出段數(shù)據(jù)、試刀段數(shù)據(jù)。測(cè)量點(diǎn)信息由測(cè)量點(diǎn)ID標(biāo)識(shí)。 雙刀架數(shù)控機(jī)床加工時(shí)必須確保左右兩個(gè)刀架不會(huì)發(fā)生幾何干涉，而兩個(gè)刀架的位置又由NC系統(tǒng)的左右刀架協(xié)調(diào)指令M21來協(xié)調(diào)，這就要求在加工過程規(guī)劃CAPP時(shí)必須保證兩個(gè)刀架的M21在數(shù)量上保持一致。所以當(dāng)用戶發(fā)出CAPP數(shù)據(jù)存盤命令后，系統(tǒng)首先將檢查左右刀架的M21匹配情況，若不匹配，系統(tǒng)將在警告框中給出錯(cuò)誤揭示，并拒絕存盤命令，在M21匹配情況對(duì)話框中給出左、右刀架M21匹配表。 5系統(tǒng)的修改功能和容錯(cuò)性設(shè)計(jì) 此外，系統(tǒng)給用戶提供了強(qiáng)大的CAPP數(shù)據(jù)編輯修改工具。修改功能分為兩個(gè)級(jí)別：其一是工步級(jí)的修改，它可以完成工步的插入、刪除，左、右刀架工步的對(duì)調(diào)；其二為工步的工藝參數(shù)修改，用戶可以在“工藝參數(shù)修改對(duì)話框”中對(duì)所有的工步工藝參數(shù)進(jìn)行修改。當(dāng)用戶啟動(dòng)了修改命令并選定待修改的工步ID后，系統(tǒng)將在“工步工藝參數(shù)對(duì)話框”中顯示該工步的工藝數(shù)據(jù)，用戶修改完后即可將數(shù)據(jù)存入。 為了簡(jiǎn)化用戶的操作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有廣泛的容錯(cuò)性。例如：通過限制工藝參數(shù)的范圍，可有效地防止數(shù)據(jù)的誤輸入；通過分析找出具有相互依賴關(guān)系的數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶設(shè)定這些數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)以軟件中常見的數(shù)據(jù)項(xiàng)灰色顯示來限定用戶的操作。容錯(cuò)性