高端車銑復(fù)合加工中心的應(yīng)用

復(fù)合加工作為機(jī)械加工的發(fā)展方向之一，也是數(shù)控設(shè)備發(fā)展的一個(gè)主要方向。在多種復(fù)合加工的領(lǐng)域上，車銑復(fù)合加工是目前發(fā)展最完善的一個(gè)領(lǐng)域。在國內(nèi)外的各種展會上，我們可以看到很多機(jī)床廠家紛紛推出此類設(shè)備，作為高端設(shè)備的展示內(nèi)容。



車銑復(fù)合加工設(shè)備的價(jià)格往往比較昂貴，很多企業(yè)在做設(shè)備選型時(shí)，經(jīng)常將此類設(shè)備當(dāng)成專用機(jī)床來看待，但是并沒有賦予設(shè)備更多的使用范疇，往往是按照某個(gè)零件的工藝需求來制定設(shè)備采購計(jì)劃，在選擇設(shè)備類型前，首先考慮因設(shè)備折舊而造成的單件成本增加是否在允許的范圍之內(nèi)，從而決定是否采購此類設(shè)備，很多的車銑復(fù)合加工設(shè)備都是在這種形勢下被引進(jìn)。之所以有此現(xiàn)象，原因是在于人們對于此類設(shè)備的應(yīng)用不夠了解，除了擔(dān)心日常維護(hù)的成本之外，對加工程序的編制也摸不著頭緒，所以人們更愿意選擇購買一臺五軸聯(lián)動加工中心和一臺數(shù)控車。此外，從理論上講車銑復(fù)合加工可以有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，但是在實(shí)際應(yīng)用中，卻并不能盡如人意，其中的主要因素在于加工程序的編制。



這里我們從如何提高設(shè)備的使用效率和擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域這兩個(gè)角度來探索一下如何編制車銑復(fù)合加工中心的加工程序。



首先我們來看一下如何提高雙刀架車銑中心的使用效率。在加工過程中，可以通過雙刀架的同步操作來完成零件的多個(gè)工序加工。同一個(gè)工件由于有多種加工工序，利用計(jì)算機(jī)輔助加工軟件完成零件編程的同時(shí)，可以通過工序的優(yōu)化，在加工條件允許的前提下，盡量使兩個(gè)刀架同時(shí)處于工作狀態(tài)，無疑可以有效的縮短加工時(shí)間。下面是三個(gè)例子，通過這三個(gè)例子我們可以看到加工的效果。

可以通過上下刀架的同步設(shè)置，來更快地去除余量，粗車外形的同時(shí)，也完成了內(nèi)孔的粗鏜加工

通過上下刀架的同步設(shè)置，完成一系列孔的加工，不僅提高了加工的效率，同時(shí)還可以通過鉆孔軸向力的相互抵消來減少工件變形的影響。

可以通過上下刀架的同步設(shè)置，一次完成兩段外形的加工

雙刀塔的設(shè)備都具有雙通道的控制系統(tǒng)，上下刀架可單獨(dú)控制，同步加工可以通過代碼中的同步語句來實(shí)現(xiàn)。例如，在下面的代碼中，M10和 M15就是同步語句，同步語句的語法要求根據(jù)控制機(jī)的要求制定，同步語句的數(shù)量根據(jù)同步加工內(nèi)容決定。同步語句之間的內(nèi)容即為同步加工的內(nèi)容。

加工程序的優(yōu)化無疑可以提高生產(chǎn)效率，尤其對大批量的零件加工有著更加重要的意義，試想一下，每個(gè)零件的加工時(shí)間如果能夠節(jié)省1秒鐘，那么從成千上萬個(gè)零件上節(jié)省下來的時(shí)間和資源將是無法想象的。



我們再來看一下車銑復(fù)合加工設(shè)備應(yīng)用的領(lǐng)域。他們除了可以應(yīng)用于某些產(chǎn)品的大批量加工，對于一些小批量或單件的生產(chǎn)中，車銑加工設(shè)備也大有用武之地。因其具有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的控制能力，至使它的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)展，甚至可以替代多坐標(biāo)聯(lián)動加工中心的工作。



下面是車銑加工設(shè)備在葉輪葉片加工中的應(yīng)用。葉片加工作為五坐標(biāo)加工的典型零件類型，有著巨大的市場需求。其實(shí)這類零件大部分都可以在車銑加工中心上來完成，對于一些帶有B軸聯(lián)動的車銑設(shè)備來說，能夠加工的零件類型將更加廣泛。這類設(shè)備不僅具有車削功能，同時(shí)也可以完成三到五坐標(biāo)聯(lián)動的銑切工作，隨著機(jī)床硬件的發(fā)展，機(jī)床的剛性得以明顯改善，粗精加工可以一次完成，而且從工藝角度來看，車銑復(fù)合設(shè)備具有零件的裝夾定位簡單、粗加工手段多樣、排屑方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)車銑設(shè)備在價(jià)格方面與同檔次的多軸銑切加工中心相比也越來越接近。因此在車銑復(fù)合設(shè)備上來完成葉輪葉片的加工正逐步成為現(xiàn)實(shí)。



對于普通的C&Y車銑設(shè)備，可以通過C軸聯(lián)動的方式完成葉片的加工，此類控制系統(tǒng)實(shí)際上是三軸控制系統(tǒng)。通過XZC三軸聯(lián)動來完成型面的加工，無須在機(jī)床上作更多的投入，只需要選擇一個(gè)可提供此功能的CAM軟件即可。如圖一所示

圖一

對于具有B軸功能的高端車銑設(shè)備來說，通過B軸擺角定位加工或是XYZBC五聯(lián)動加工，還可以獲得更好的加工表面質(zhì)量（圖二）。同時(shí)這類設(shè)備還可以完成更復(fù)雜的葉輪葉片的加工（圖三）。

圖二

圖三

車銑加工設(shè)備多數(shù)都自帶一些編程功能，例如Mazak matrix系列、HEIDENHAIN CNC PILOT 3190 系列的控制系統(tǒng)都具有人機(jī)對話的交互式編程功能，不僅可以完成兩軸車削，而且還可以完成C&Y輔助動力頭的常規(guī)銑切加工編程工作，但是，對于一些具有復(fù)雜型面的零件加工就無能為力了。這時(shí)只能借助CAM軟件來實(shí)現(xiàn)，因此對于車銑復(fù)合尤其是具有雙刀塔的高端車銑加工設(shè)備來說，要發(fā)揮出它應(yīng)有的性能，更離不開CAM軟件的支持。但是，在CAM軟件的應(yīng)用過程中，后處理的制定顯得尤為重要。



由于旋轉(zhuǎn)角度坐標(biāo)的存在，在CAM軟件中進(jìn)行編程操作時(shí)，人們習(xí)慣上使用刀尖點(diǎn)的絕對坐標(biāo)編程模式，生成的NC代碼在機(jī)床上運(yùn)行時(shí)，需要控制系統(tǒng)具有三維刀具長度補(bǔ)償?shù)墓δ埽ㄈ鐖D四所示），根據(jù)實(shí)際使用的刀具長度L2，控制系統(tǒng)在三維空間上自動實(shí)現(xiàn)刀具長度補(bǔ)償。（注：實(shí)際上控制系統(tǒng)在補(bǔ)償計(jì)算時(shí)，計(jì)算的依據(jù)是L1+L2的值，而L1的值可以在機(jī)床調(diào)試完成后直接在機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)定）。如果控制系統(tǒng)沒有三維刀具長度補(bǔ)償功能，則需要事先在對刀儀上測量出刀具的長度，然后在CAM軟件環(huán)境下指定刀具長度參數(shù)后再生成加工程序，實(shí)際上生成的NC代碼中的坐標(biāo)點(diǎn)是回轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)，此類程序在應(yīng)用過程中，必須使用指定長度的刀具。（在上世紀(jì)末期，控制系統(tǒng)還不具備三維刀具長度補(bǔ)償功能時(shí)，都是使用此種方法來完成五軸坐標(biāo)程序的編制，為方便刀具的使用，機(jī)床主軸上通常增加一個(gè)可伸縮的套筒部件，來調(diào)整刀具長度為編程時(shí)設(shè)定的刀具長度）。

圖五

無論是絕對坐標(biāo)編程還是回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)編程，對于車銑中心來說，B軸作為一個(gè)聯(lián)動軸還有一個(gè)特殊的處理方式，即B軸坐標(biāo)跟隨功能。我們以刀尖點(diǎn)絕對坐標(biāo)編程為例，看一下B軸坐標(biāo)跟隨功能的程序有哪些不同（B軸坐標(biāo)跟隨功能也可以使用回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)程序，這里暫時(shí)不做探討）。B軸坐標(biāo)跟隨功能與刀尖點(diǎn)絕對坐標(biāo)編程不同的是坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)（如圖五所示），如果使用B軸坐標(biāo)跟隨功能，Z軸始終跟隨刀具當(dāng)前的位置發(fā)生變化，但始終指向主軸的軸線方向，這樣在解算三維刀具補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制系統(tǒng)硬件的計(jì)算量就相應(yīng)地減少了很多，更多的計(jì)算量在CAM軟件下完成。因此這種模式有利于節(jié)省控制系統(tǒng)資源，以滿足復(fù)雜零件加工和高速加工時(shí)對控制系統(tǒng)的高要求。

圖六

下面是使用B軸坐標(biāo)跟隨功能的程序與不使用該功能的程序?qū)Ρ龋?/p>

這里可以看到，兩種模式下，程序中的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)相同，但是直線坐標(biāo)有所不同，也就是刀尖點(diǎn)的位置相對于當(dāng)前坐標(biāo)系的值發(fā)生變化。B軸坐標(biāo)跟隨功能一般情況下通過一對G 代碼指令實(shí)現(xiàn)開關(guān)。



對于提高車銑復(fù)合加工效率和車銑多軸聯(lián)動應(yīng)用方面的觀點(diǎn)由于篇幅限制未能更詳細(xì)地展開論述，人們在車銑復(fù)合加工領(lǐng)域中越來越多的實(shí)踐將會帶給我們更多可供思考的課題，但是我們發(fā)現(xiàn)，在車銑復(fù)合加工中，眾多車銑功能都需要CAM軟件環(huán)境作支持，因此對于一個(gè)高端的車銑設(shè)備來說，CAM軟件是必不可少的工具之一。