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數控車銑加工中（zhōng）心C軸編程方法

2018-5-4 來源：廣東省中山市（shì）技師學院作者：黃友訓

【摘要】車銑複合加工是利用銑刀旋轉和工件旋轉的合成運動來實現（xiàn）對工件的切削加工,使工件在形狀精（jīng）度、位置精度、已加工表麵完整（zhěng）性等多方麵達到（dào）使用要求的一種先進切削加工方法。車銑複合加工不是單純的將車（chē）削和銑削兩種加工（gōng）手段合並到（dào）一台機床上, 而是利用車銑合成運動來完成各類表麵的加工, 是在當今數控技術得到較大發展的條件下產生的一種新（xīn）的切削理論和切削技術。掌（zhǎng）握（wò）車銑複合加工中（zhōng）心手工編程技術成為關鍵，本文介紹數控車銑加工中心的功能、特點（diǎn）和使用C軸功能（néng）加工六邊形零件及端麵圓弧槽及鑽孔（kǒng）加工方法。

關（guān）鍵詞：數控車銑加工中心；C軸；正六邊形；鑽孔

1 、引言

複（fù）合加工又叫完全加工、多功能加工。早期曾將加工（gōng）中心稱為複合加工機床。但（dàn）是（shì）隨著（zhe）複合加工技術的不（bú）斷發展與進步，現在的複合加工（gōng）機床與以前所稱的複合加工機床有了本質上的區別。複合加工機床通（tōng）過一次裝夾零件（jiàn）完成多種加工工序，縮短了加工時間，提高（gāo）了加工精度，因而受到用戶的歡迎。數控車銑複合（hé）機床是複合加工機床（chuáng）的（de）一種主要機型（xíng），通常是在（zài）數控車床上實現平麵銑削、鑽孔（kǒng）、攻絲（sī）、銑槽等銑削（xuē）加（jiā）工（gōng）工序，具（jù）有車削、銑削以及鏜削等複合功能，能夠實現一次裝夾完成複雜零（líng）件的加工理念。

車（chē）銑複合加工機床的運動包括銑刀旋轉（zhuǎn）、工（gōng）件旋轉、銑刀軸向進給和徑向進給四個基本運動。依據工件旋轉軸線與刀具旋轉軸線相（xiàng）對位置（zhì）的不同，車銑複合加工主要可（kě）分為軸向車銑加工、正交車銑加工以及（jí）一般車銑加工。其中軸向車銑是應用範（fàn）圍最廣泛的車銑加（jiā）工方法（fǎ）。軸向車銑加工由於銑刀與工件的旋轉軸線相互平行，因（yīn）此它不但可以加工外圓（yuán）柱表麵，也可加工內（nèi）孔表麵，通常為X、Z、C的（de）3軸車銑加工（gōng）中心。如圖1、圖2所示。

2 、車銑複合加工中心（xīn）功能（néng）介紹

車銑複合（hé）加工中心除可同時進行車（chē）削所有功能外，還可以進（jìn）行動力刀徑向加工、鑽孔、攻牙、端麵切槽、側麵切槽、側麵銑削、角（jiǎo）度鑽孔、曲線銑削等等。可（kě）以由一台（tái）機（jī）床完成一個零件的所有加工步驟，實現了一次裝卡完成（chéng）全部或者（zhě）大部分（fèn）加工工序（xù），從而大大縮短零（líng）件製造工藝鏈。這樣一方麵減少了由於裝夾改變（biàn）導致的生產輔助時間（jiān），同時也減少了工裝夾具製造周期和等待時間，能夠顯著提高生產效率。與此同時車銑（xǐ）中心減少了裝夾次數，提高（gāo）了加工精度。裝卡次（cì）數的減（jiǎn）少避免（miǎn）了由於定位基準轉化而導致的誤差積累。同（tóng）時，目前（qián）的車（chē）銑複合加工設備大都具有在線檢測的功能，可以實現製造過程關鍵數（shù）據的在位檢測和精度控（kòng）製，從而提高零件的加工精度。

圖（tú）1 車銑（xǐ）加工中（zhōng）心

圖2 車銑加工中心零件加工

3 、車銑加工（gōng）中心加工的優點

（1）縮短零件製造（zào）工藝鏈，提高生產效率。可以安裝多（duō）種特（tè）殊刀具，新型的刀具排布（bù），減少換刀（dāo）時間，提高（gāo）加工效率，車銑複合加工可以實現一次裝夾完成全部或者大部分加（jiā）工工序，從而大大縮短零件製造工藝鏈。這樣一方麵減少了由（yóu）於（yú）裝卡改變導（dǎo）致的生產（chǎn）輔助時間，同時也減少了工裝卡具製造周期和等待時間，能夠（gòu）顯著提高生產效率。

（2）減少裝夾（jiá）次（cì）數，提高加工精度。裝卡次數的減少避免（miǎn）了（le）由於（yú）定位基準轉化而導致的誤差積累。同時，目前的車銑複合加工設備大都具有（yǒu）在線檢測的功能，可以實（shí）現製造過程關鍵（jiàn）數據的在位檢測和精度控製，從而提高零（líng）件的加工精度；高強度（dù）一（yī）體化的床身設計，提高了對難切削材料的重力加（jiā）工能力；該（gāi）機床（chuáng）配置有自動送料裝置，可以（yǐ）實現自動上料來連續，基本實現單台機床的流水線作業。

（3）減少占地麵積，降低生（shēng）產成本。緊湊美觀的外形設計，改善了空間（jiān）利用方式，維護修理更（gèng）方便讓客戶得到最大（dà）的滿意；雖（suī）然車銑複合加工（gōng）設備的單台價格比較高，但由於製造工藝鏈的縮短和零件所需設備的減少，以及工裝夾具數量、車間占地麵積和設備維護費（fèi）用的減少，能夠有效降低總體固定資產（chǎn）的投資（zī）、生產運作和管理的成本。

4 、車銑加工中心（xīn）編程應用實例

車銑中心加工技術的發展，也對數控編程技術提出了更高的要求（qiú），通常（cháng）使用自動編程與手工編程（chéng）相結合的兩種（zhǒng）方式，使用自動編程首先要購入 CAD/CAM軟件，編程人員要掌握數控車削、多軸銑削、鑽孔等多種加工（gōng）方式的（de）編程方法（fǎ），而且對於工序間（jiān）的轉換與進退刀（dāo）方式需要定位準確可靠，一但發生碰撞則對刀具和機床損壞較嚴重。學習車（chē）銑中心加工的（de）編程，掌握手工（gōng）編（biān）程和仿真技術是必不可少（shǎo）的（de）環節（jiē）。下麵以兩個案例來介紹基於 GE FANUC-21I-T 數控係統的手工編程。

案例1：車銑中心C軸加工正六邊形，零（líng）件材料為鋁件，如圖3所示。

圖3 六邊形零件（jiàn）圖

（1）圖樣分（fèn）析（xī）。根據圖 3 所（suǒ）示，毛坯材料選用直徑（jìng）60×60mm 的鋁棒。采用三爪卡盤裝夾，刀具選用外徑車刀同（tóng）直徑10mm高速（sù）鋼立銑刀。先（xiān）采用外徑車刀（dāo）加（jiā）工工件端麵及外圓，再（zài）采用直徑（jìng）10mm銑刀分層加工六邊形。

（2）正六邊形圖樣的坐標點計（jì）算。如圖（tú）3所示，SW=40，基點分別（bié）為P1，P2，P3，P4，P5，P6共（gòng）6點，各點計算方法及（jí）坐標點如表l所示，注其中的 C 坐標本是角度的計算，難以計算，但在如下的極坐標編程中（zhōng），按直角坐標係（xì）中的（de） Y 坐標計算即可，從（cóng）而大大簡（jiǎn）化了編程，提高（gāo）了編程的效率。

表1 正六邊形坐標點

（3）C軸（zhóu）加工極坐標指令。在 FANUC21I 係統中，使用 C 軸功能，首先需要通過（guò）輔助功能指令 M52 啟動 C 軸功能，再采用 G12.1轉換坐標係。自動編程的後處理也（yě）可（kě）以設置極坐標（biāo），沒有采用極坐標後處理的程序相對較長，直線同圓弧加工（gōng）都是通過無數個點擬合，如果機床運算速（sù）度（dù）不（bú）夠快的話（huà），加工質量很難得到保證；打開極坐標功能程序相對簡短，加工（gōng）效果相對好。指令格式：G12.1 啟動極坐（zuò）標插補方式（進行極坐標插補）；利用由線性軸（zhóu）和旋轉軸（假想軸）組成（chéng）的笛卡爾坐標係（xì）來（lái）指（zhǐ）定線性或圓弧插補；G13.1 取消極坐標插（chā）補方式（不進行極坐標插補）。

（4）走刀路線設計。

采用立銑（xǐ）刀軸向分層加工方式編程。第一（yī）級子（zǐ）程序采用l號刀補進行粗加工，方向同z方（fāng）向精加工餘量可以通過不同刀補數據來設置。第（dì）二級子程（chéng）序采用2號刀補進行精加（jiā）工，根據圖紙要求可以采用多重子程序進行分層下刀，加工量可以根據加（jiā）工情況來調整。

（5）車（chē）銑中心銑削正六邊形程（chéng）序如下（基於FANUC 21I-T 係統標準格式）：

（6）銑削仿真加工效果如圖4所示。

圖4 正六邊形加工完成模擬圖

案例 2：使用車銑加工中心 C 軸功能加工端麵圓弧槽和鑽孔，工件材料為 45 號鋼，3 個孔的直（zhí）徑為（wéi）直徑10mm，孔深為 5mm，兩個圓弧槽寬度為 12，深度為（wéi）10mm，零件如圖 5 所示。

圖5 加工（gōng）的端麵圓弧槽零件圖

（1）加工工藝分析。根據（jù）零件（jiàn）圖，毛（máo）坯材（cái）料選用（yòng）直徑80×100mm的（de）45號鋼。采用三爪卡（kǎ）盤裝夾，先采用外徑車刀加工工（gōng）件端麵（miàn）及外圓，再采（cǎi）用直（zhí）徑10mm高速鋼材質麻花（huā）鑽加工孔，然後用直（zhí）徑12mm合金立銑（xǐ）刀銑圓弧槽。

（2）銑削（xuē）仿真加工效果如圖6和圖7所示。

圖（tú）6 鑽孔工序圖

圖7 零（líng）件加工完後圖

5 、結束（shù）語

車銑複合加工技術的發展，對數控編程技術提出（chū）了更高的要求，這也是製約車銑複合加工設備在實際生產應用中的一個瓶頸環節。由於車銑（xǐ）複合加工投入實（shí）際生產的應用時間較短，在沒有專業的複合加工解決方案的情況下，通常是利用通用 CAM 軟件規劃出部分加工程序，然後工藝人員（yuán）再對程序進行手工整（zhěng）合（hé），以（yǐ）滿足複合加（jiā）工機床對加工程序的要求。這種解決方法對工藝人員（yuán）的要求非常高。

本文（wén）通過車銑（xǐ）複合加工中心上加工六邊形及端麵孔及圓弧槽的編程案例（lì），說（shuō）明了數控車銑加工中心（xīn）C 軸編程（chéng）的應用方法，從而為進一步學（xué）習數控車銑（xǐ）加（jiā）工中心的（de）手工編程及自動編程打下（xià）良好的基礎。

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