CN110543139A - 一种扩展精加工数控加工控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扩展精加工数控加工控制方法，主要包括:对扩展精加工数控加工控制程序进行初始化，并设置刀具，机床和待加工件的相应参数，根据被加工对象的单边余料厚度，设置每次切削厚度，并计算刀具半径设置值，运行扩展精加工数控加工控制程序，完成对相应待加工件的加工后，将刀具和机床的相应参数恢复至安全状态。本发明实现了将粗加工，半精加工，精加工整合为一个程序，极大提高了生产效率。并且当零件尺寸，工艺尺寸和刀具尺寸变化时也能够完全适应，这为企业节省了编程上的人员投入和资金投入，节省了因CAM软件和常量式手工编程的不足所带来的不断重复编程而导致的机床停机时间，提高设备的利用率，具有现实的工业应用价值。

Description

一种扩展精加工数控加工控制方法

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，具体涉及一种将粗加工，半精加工和精加工统一起来，并能适应零件形状尺寸，工艺尺寸和刀具半径的变化的数控加工控制方法。

背景技术

在数控加工中，一个零件的加工要经过如下几个类型的加工阶段：粗加工→半精加工→精加工，这对于数控编程人员而言，分别要编制该零件的粗加工程序、半精加工程序和精加工程序。这种程序通常是通过自动编程或常量式手工编程获得的，通过这种方式得到的数控加工程序是刚性的，即每一个程序只能面对某一种既定的工况进行加工，而无法适应零件形状尺寸、工艺尺寸、刀具半径和加工类型的变化，只要加工要求或工况发生变化，就要编程人员重新编程以得到适应新情况的数控加工程序。这种为满足三个加工阶段和适应新情况的编程一方面大大增加了编程人员的劳动量，增加企业在编程人员配置和培训的资金投入，另一方面使得编程到加工之间的机床停机时间大大增加，从而降低了企业设备的利用率，降低生产效率，减小企业利润。因此开发一种能将精加工、半精加工和精加工统一起来，并能完全适应零件形状尺寸、工艺尺寸、刀具半径等变化的加工方法成为工业界需要解决的问题。

目前的自动编程软件(CAM软件，Computer Aided Manufacturing)如UG、ProE、CATIA、PowerMill、CAXA等功能已经十分强大，能完成非常复杂零件的加工，但是不论自动编程软件何等强大，都存在着一些不足。

现有CAM软件生成的程序无一例外的无法适应加工类型的变化，也无法将粗加工、半精加工和精加工统一起来，一个零件的加工，在自动软件上一般要按照粗加工→半精加工→精加工来获得相应的程序，并且每一个程序对应各自类型的加工。对某一指定的加工程序而言，只能胜任在给定条件下的加工，而无法替换其它程序完成另外的功能和加工类型。

现有的CAM软件获得的程序，是在既定零件形状尺寸的基础上获得的，只能胜任编程过程中给定尺寸零件的加工，一旦现场需求发生变化，譬如零件形状尺寸变大或变小了，则自动编程获得的程序就失效，无法完成形状尺寸发生变化的零件的加工。

工艺尺寸是加工过程中很重要的参数，譬如层高、切入切出圆弧半径等，自动编程获得的程序，工艺尺寸在编程是就已经定好，在加工过程中，操作者已经无法更改程序中的工艺参数，如果要采用新的工艺参数进行加工，则要重新编程。

现有CAM软件获得的程序，是以在编程过程中选择好的刀具尺寸为基础获得的，如果在现场加工过程中，实际使用的刀具尺寸发生了变化，则原先的程序失效，只能根据新尺寸的刀具进行自动编程。

常量式手工编程是数控技术的基础，但其不足和劣势十分明显，最大的缺点在于，通过常量式手动编程获得的程序毫无适应性可言，不可能将粗加工、半精加工和精加工统一起来，也无法适应零件形状尺寸、工艺尺寸等的变化。

发明内容

本发明的目的在于将粗加工、半精加工和精加工统一起来，并能适应零件形状尺寸、工艺尺寸和刀具半径的变化。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

a:对扩展精加工数控加工控制方法进行初始化，设置被加工对象的形状尺寸参数，刀具实际半径值，以及被加工对象的工艺尺寸参数。

b:设置被加工对象单边余料厚度，每次的切削厚度即刀具设置值变化规律，计算刀具半径设置值。

c:根据对应加工量的计算结果，运行扩展精加工数控加工控制方法加工程序，完成对相应待加工工件的加工后，将刀具和机床的相应参数恢复至安全状态。

进一步地，在步骤a中，所述设置刀具、机床和待加工件的相应参数的操作，具体包括：

使机床的Z轴回零，设置进给速度的基值和系数；

选择刀具，下刀，完成刀具长度的正补偿；这里，刀具长度的正补偿是数控系统本身所具有的功能，编程人员只需调用即可实现刀具长度补偿，譬如，如果实现01号刀的刀具长度补偿，则调用方式如下：

G43G01Z100H01F3000

上述代码中：

G43--表示刀具长度正补偿

G01--表示直线插补

Z100--表示安全高度距工件坐标系100mm处

H01--表示01刀的刀具长度补偿值

F3000--表示进给速度为3000mm/min，也可取其它值；

设置被加工对象的形状尺寸参数，并设置一个变量#4表示刀具半径实际值，然后设置被加工对象的工艺尺寸参数。在数控系统中，变量用#和其后的数字表示，比如#1，#23，#300等。

进一步地，在步骤b中设置被加工件的单边余料厚度，每次的切削厚度，计算道具半径的设置值，具体包括：

零件的加工，一般是先进行粗加工除料，然后进行半精加工，为后续精加工做准备。半精加工之后的零件，这时候的余量很少，只需要绕轮廓走一刀即可完成精加工。但是，如果之前没有进行粗加工和/或半精加工，或余料较大时，精加工获得的程序无法一次加工到位。

为了解决这一问题，本发明提出“扩展精加工数控加工控制方法”的概念，它是集粗加工、半精加工和精加工于一体的加工策略，一个程序即可完成这三种类型的加工；同时又可以通过适当的参数设置而当做粗加工/半精加工/精加工中的某一种类型而使用。这种策略是通过巧妙应用G10L12对刀具半径值的自动修改来完成的，在数控加工中，有这样一个思想:通过适当设置刀具半径寄存器中的设置值，可以实现零件的粗、精加工。具体来讲，刀具半径设置值>刀具半径实际值，粗加工；刀具半径设置值＝刀具半径实际值，精加工；刀具半径设置值<刀具半径实际值，过切或修正精度。

如图1所示，刀具半径实际值为r，浮动值为Δ。粗加工时，在刀具半径补偿寄存器中输入刀具半径设置值R＝r+Δ,则加工出细线轮廓，Δ可视为精加工余量，调整Δ值即是调整精加工余量大小；精加工时，在不改变程序而使设置值为R＝r时，则加工出实际轮廓；如果刀具半径设置值R＝r-Π,则会造成过切，Π可视为修正值，适当调整Π值，可使零件获得适当的精度。

这在实现上非常简便，譬如，刀具半径实际值为5mm，精加工余量Δ要求为0.3mm，则在刀具半径寄存器中将该刀具的半径设置值设置为5.3mm，在加工过程中，通过刀具半径补偿功能，使得刀心在距离实际轮廓5.3mm的轨迹上运动，其结果是留下0.3mm的余量。当刀具半径设置值＝刀具半径实际值时，加工出实际轮廓，即余量为0。如果精加工后，经过测量，发现尺寸偏大，超出精度要求，单边尺寸大0.02mm，则可将刀具半径设置值设置为5-0.02＝4.98mm，运行程序对零件修正。

上述的加工过程，其设置值可以在粗加工和精加工时分别通过手工设定，但对编程人员而言这种设定方式不是所喜欢的，所幸FANUC系统为之提供了一个非常好的指令G10，该指令通过既定的格式修改刀具半径设置值，使得在整个零件的加工过程中，刀具半径补偿寄存器中的设置值按照一定方式自动调整，G10指令这种自动修改刀具半径值的功能，使得整个宏程序在加工方面表现出了很好的柔性，对编程人员而言，用一个宏程序实现零件由粗到精的加工变得轻而易举，编程者所做的就是将刀具半径设置值调整的规律编入程序即可。

这是一个非常实用的思想，配合上刀具半径补偿，可实现比精加工程序更强的功能。譬如，刀具半径实际值为5mm，待加工零件的余料厚度为10mm，这个厚度通过单纯的精加工程序无法一次加工到位，需要多次切削才能完成。将该刀具半径设置值设置为15mm＝(5+10)mm，其中的5是刀具半径实际值，而10是余料厚度。如果每次切削厚度为1.3mm，则将刀具半径设置值有规律的递减1.3mm，即第一次系统调用的是(15-1.3)mm的设置值进行刀具半径补偿来加工，第二次系统调用的是(15-2*1.3)mm，第三次系统调用(15-3*1.3)mm，…，直到最后一刀调用的是刀具半径实际值5mm。这样程序具备了自动调整刀具半径设置值功能，实现了程序完成由粗到精的加工，集成了粗加工、半精加工和精加工。

刀具半径设置值的变化规律由编程人员自行设定，可以等切削厚度加工，也可以使切削厚度按照某个函数做规律性的变化。具体的变化规律完全可由编程人员而设定，在本发明中，为了说明的方便，采用等值递减的方法来更改刀具半径的设置值。

进一步地，在步骤c中，所述根据对相应加工量的计算结果，运行扩展精加工数控加工程序的操作，完成对相应待加工件的加工后，将刀具和机床的相应参数恢复至安全状态的操作，具体包括：

将当前刀具提升至预设的安全高度，使机床的主轴停转，将机床的冷却液关闭，使机床的Z轴返回至预设的参考点。

本发明可以实现一个宏程序完成某类零件一特征的合成加工，即将粗加工、半精加工和精加工结成在一个工序中完成由粗到精的加工，也可以针对工况只当作粗加工/半精加工/精加工之一来用，并且程序能适应零件形状尺寸、工艺尺寸和刀具尺寸的变化，这就使得企业只需安排编程人员对典型特征编程一次，之后的加工只需要机床操作人员根据工况对宏程序中的相关变量进行赋值即可实现加工，这为企业节省了编程上的人员投入和资金投入，节省了因CAM软件和常量式手工编程的不足所带来的不断重复编程而导致的机床停机时间，提高设备的利用率，提高生产效率和企业利润，具有现实的工业应用价值。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为通过刀具半径补偿寄存器设置值实现粗、精加工；

图2为扩展精加工数控加工控制流程图；

图3为实施流程图；

图4为长方体类零件外轮廓分层铣削扩展精加工；

图5a为长方体类零件外轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹和切削效果的3D视(#13＝7)；

图5b为长方体类零件外轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹和切削效果的XY视(#13＝7)；

图5c为长方体类零件外轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹和切削效果的3D视(#13＝0)；

图5d为长方体类零件外轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹和切削效果的XY视(#13＝0)；

图6为长方体类零件内轮廓分层铣削扩展精加工；

图7a为长方体类零件内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹和加工效果3D视图(#13＝7)；

图7b为长方体类零件内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹和加工效果XY视图(#13＝7)；

图7c为长方体类零件内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹和加工效果3D视图(#13＝0)；

图7d为长方体类零件内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹和加工效果XY视图(#13＝0)；

图8为圆柱类零件外轮廓分层铣削扩展精加工；

图9a为圆柱类零件外轮廓分层铣扩展精加工刀具路3D视图(#13＝7)；

图9b为圆柱类零件外轮廓分层铣扩展精加工刀具路XY视图(#13＝7)；

图9c为圆柱类零件外轮廓分层铣扩展精加工刀具路3D视图(#13＝0)；

图9d为圆柱类零件外轮廓分层铣扩展精加工刀具路XY视图(#13＝0)；

图10为圆柱类零件内轮廓分层铣削扩展精加工；

图11a为圆柱类零件内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹3D视图(#13＝7)；

图11b为圆柱类零件内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹XY视图(#13＝7)；

图11c为圆柱类零件内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹3D视图(#13＝0)；

图11d为圆柱类零件内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹XY视图(#13＝0)；

图12为一般椭圆内轮廓分层铣削精加工；

图13a为一般位姿椭圆内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹3D视图(#13＝7)；

图13b为一般位姿椭圆内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹)XY视图(#13＝7)；

图13c为一般位姿椭圆内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹3D视图(#13＝0)；

图13d为一般位姿椭圆内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹)XY视图(#13＝0)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例。如图2-图13所示，提供了一种扩展精加工数控加工控制方法。

参见图2，本实施例的扩展精加工数控加工控制方法，主要包括：

步骤1：程序初始化，Z轴回零，设置进给速度基值和系数；选择刀具，开始下刀，完成刀具长度正补偿，主轴正转，冷却液开，执行步骤2；

步骤2：设置被加工对象的形状尺寸参数；

步骤3：设置刀具半径实际值，用#4表示；

步骤4：设置被加工对象的工艺尺寸参数；

步骤5：设置被加工对象单边余料厚度(#13)，每次的切削厚度(#14),并计算刀具半径设置值#15＝#4+#13，执行步骤6；

步骤6：判断#15是否等于#4，若是，执行步骤7；否则，执行步骤8；

步骤7：只进行精加工，计算#15＝#4+0.1，执行步骤8；

步骤8：判断#15是否大于#4，若是，执行步骤9，否则，执行步骤16；

步骤9：计算#15＝#15—#14，执行步骤10；

步骤10：判断实际切削厚度是否小于或等于#14，若是，执行步骤11，否则，执行步骤12；

步骤11：按实际刀具半径切削，#15＝#4，执行步骤12；

步骤12：更改刀具半径补偿值，G10L12P_R#15,执行步骤13；

步骤13：判断高度是否加工到位，若是，执行步骤15，否则，执行步骤14；

步骤14：下刀，建立刀具半径补偿，加工零件轮廓，取消刀具半径补偿，执行步骤15；

步骤15：抬刀，执行步骤8；

步骤16：程序尾，提刀至预设的安全高度，主轴停转，冷却液关，Z轴返回参考点。

具体实施上述扩展精加工数控加工控制方法时，所需设备和工具见表2.1，实施流程图见图3。

表2.1实施本发明所需设备/工具一览表

下面分别以长方体类零件、圆柱体类零件、椭圆柱类零件为例阐述本发明的应用。

1长方体类零件的外轮廓扩展精加工数控加工控制方法

如图4所示在每层切削过程中，起始点为A点，在AB直线段建立刀具半径补偿，1/4圆弧BC切入零件，切削一周后，1/4圆弧CH切出零件，并在HA段取消刀具半径补偿。

应用刀具半径补偿功能，编程轨迹是零件的实际轮廓，即C→D→E→F→G→C，而实际刀轨为A→B→C1→D1→E1→F1→G1→C1→H→A。

说明：

1)程序段“N300IF[#15EQ#4]THEN#15＝#4+0.1”的作用，是当单边余料变量#13初始值为0时，能正常进入循环进行精加工。

2)零件轨迹如图5所示

2.长方体类零件的内轮廓扩展精加工数控加工控制方法

如图6所示，长方体类零件内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹和加工效果如图7所示；

3.圆柱体类零件的外轮廓扩展精加工数控加工控制方法

如图8所示，圆柱类零件外轮廓分层铣扩展精加工刀具路如图9所示；

4.圆柱体类零件的内轮廓扩展精加工数控加工控制方法

如图10所示，圆柱类零件内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹如图11所示；

5.椭圆柱类零件的内轮廓扩展精加工数控加工控制方法

如图12所示，一般位姿椭圆内轮廓分层铣削扩展精加工刀具轨迹如图13所示。

Claims (7)

1.一种扩展精加工数控加工控制方法，其特征在于，主要包括：

a、对扩展精加工数控加工控制方法程序进行初始化，并设置刀具、机床和待加工件的相应参数；

b、设置被加工对象单边余料厚度，以及每次刀具轴向/径向切削厚度值，通过刀具径向切削厚度变化规律计算刀具半径设置值；

c、通过设置合适刀具轴向/径向切削厚度值，可以实现用同一程序完成零件的粗加工、或半精加工、或精加工、或粗加工+精加工、或半精加工+精加工、或粗加工+半精加工+精加工共六种加工方法；

d、根据对应加工量的计算结果，运行扩展精加工程序，通过对应加工方法完成待加工工件的加工后，将刀具和机床的相应参数恢复至安全状态。

2.根据权利要求1所述的扩展精加工数控加工控制方法，其特征在于，在步骤a中，所述设置刀具、机床和待加工件的相应参数的操作，具体包括：

使机床的Z轴回零，设置进给速度的基值和系数；

选择刀具，下刀，完成刀具长度的正补偿；

设置被加工对象的形状尺寸参数，并设置一个变量#4表示刀具半径实际值，然后设置被加工对象的工艺尺寸参数。

3.根据权利要求1所述的扩展精加工数控加工控制方法，其特征在于，在步骤b中，所述工件单边余料厚度和刀具轴向/径向切削厚度值，具体包括：

通过测量确定零件单边余料厚度，从而选择一种加工方法，进而确定出刀具轴向和径向切削量并赋值给对应参数；

刀具轴向切削量决定了每层切削高度；

刀具径向切削量决定了刀具半径补偿值的设置，这是通过FANUC系统G10指令实现的，该指令通过设置规律修改刀具半径设置值，使得在整个零件的加工过程中，刀具半径补偿寄存器中的设置值按照预设规律自动调整，G10指令这种自动修改刀具半径值的功能，配合上刀具半径补偿，程序具备了自动调整刀具半径设置值功能。

4.根据权利要求1中所叙述的扩展精加工数控加工控制方法，其特征在于，在步骤c中，所述六种加工方法，具体包括：

粗加工、或半精加工、或精加工、或粗加工+精加工、或半精加工+精加工、或粗加工+半精加工+精加工；

每种加工方法通过给对应参数赋以合适值来实现；

用同一个程序完成六种加工方法，避免了重新编程的繁琐过程，使得程序具有很高的适应性。

5.根据权利要求4所述的扩展精加工数控加工控制方法，其特征在于，在步骤d中，所述完成对相应待加工件的加工后，将刀具和机床的相应参数恢复至安全状态的操作，具体包括：

将当前刀具提升至预设的安全高度，使机床的主轴停转，将机床的冷却液关闭，使机床的Z轴返回预设的参考点。

6.根据权利要求1-5所述扩展精加工数控加工控制方法，其特征在于程序必须由宏程序通过参数化编程实现。

7.根据权利要求1所述的扩展精加工数控加工控制方法，其特征在于，该扩展精加工数控加工控制方法，适用于配备FANUC 0i-M系统的立式镗铣床。