數(shù)控加工中進(jìn)給率控制論文

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在CNC加工中，CNC控制系統(tǒng)通過F地址來訪問進(jìn)給率字，F(xiàn)地址后數(shù)字的大小決定了進(jìn)給率的大小，但數(shù)字的多少取決于進(jìn)給率模式和機(jī)床應(yīng)用。進(jìn)給率是與主軸功能關(guān)系最為密切的編程因素，通常在切除多余材料（毛坯）時(shí)，主軸功能控制著主軸轉(zhuǎn)速以及旋轉(zhuǎn)方向，而進(jìn)給率則控制著刀具的進(jìn)給速度。根據(jù)此特點(diǎn)，在CNC加工中，進(jìn)給率可以分為每分鐘進(jìn)給率（mm／min或in／min）與每轉(zhuǎn)進(jìn)給率（mm／r或in／r）兩種類型。最常見的CNC機(jī)床，即加工中心和車床，均可使用任何一種進(jìn)給模式進(jìn)行編輯。但在實(shí)際應(yīng)用中，加工中心多使用每分鐘進(jìn)給率，而數(shù)控車床常使用每轉(zhuǎn)進(jìn)給率。要選擇適合的最佳進(jìn)給率，必須熟悉影響數(shù)控加工進(jìn)給率設(shè)定的主要因素，這也是編程中的一個(gè)重要部分。進(jìn)給率的選擇通常主要取決于主軸轉(zhuǎn)速（r／min）、刀具直徑（M）或刀尖圓弧半徑（T）、工件的表面要求、切削刀具幾何尺寸、切削力、工件安裝方式、刀具伸出的懸臂量、切削運(yùn)動(dòng)的長度、材料切除量（切削深度或?qū)挾龋?、銑削方式（順銑或逆銑）、材料上槽的?shù)量（只針對(duì)銑刀）、安全因素。

1加速和減速

在典型的輪廓加工中，由于被加工工件上交點(diǎn)、切點(diǎn)和間隙等的存在，切削運(yùn)動(dòng)的方向頻繁改變。例如在編程加工工件上的直角拐角處，一個(gè)程序段中沿X軸的刀具運(yùn)動(dòng)，在下一程序段中得轉(zhuǎn)換到沿Y軸的運(yùn)動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，控制器首先必須停止X軸的運(yùn)動(dòng)，然后再啟動(dòng)Y軸運(yùn)動(dòng)。如果沒有加速，就不可能以最大進(jìn)給率瞬時(shí)啟動(dòng)，同樣如果沒有減速，也不可能停止進(jìn)給，這樣就可能發(fā)生切削錯(cuò)誤，尤其是在進(jìn)給率非常大和角度極小的情況下。通常對(duì)一普通精度要求的工件，即使發(fā)生如此的情況，也不會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。但如果被加工工件的相應(yīng)加工尺寸與精度要求非常嚴(yán)格，為避免出現(xiàn)上述問題，CNC系統(tǒng)就必須采取相應(yīng)的措施。在FANUC控制器中提供了兩種指令G09（準(zhǔn)確停）、G61（準(zhǔn)確停模式）來嚴(yán)格控制切削刀具的進(jìn)給率，以達(dá)到產(chǎn)品所要求的尺寸精度。1．1準(zhǔn)確停指令FANUC數(shù)控系統(tǒng)中指定G09為準(zhǔn)確停指令，它是非模態(tài)指令，即在每個(gè)需要它的程序段中都要重復(fù)編寫。通過在程序中添加G09準(zhǔn)確停指令，則它所在程序段里的運(yùn)動(dòng)完全完成后，另一主軸的運(yùn)動(dòng)才會(huì)啟動(dòng)，以達(dá)到G09所在段的加工尺寸精度。1．2準(zhǔn)確停模式指令準(zhǔn)確停指令G61與G09的區(qū)別在于G61為模態(tài)指令，它會(huì)一直有效，直到切削模式指令G64或同組的G62（自動(dòng)拐角倍率）、G63（攻螺紋模式）出現(xiàn)才將之取消。G61縮短了編程時(shí)間，但不會(huì)縮短循環(huán)時(shí)間。G09只有在為了加工出某特定拐角而需要減速時(shí)才會(huì)發(fā)揮出其特點(diǎn)，而如果一個(gè)程序中所有的拐角都需要很高的精度時(shí)，重復(fù)使用G09會(huì)使程序變得冗長，降低編程效率，從而G61的優(yōu)點(diǎn)就顯現(xiàn)出來了。通過使用G09或G61的設(shè)定，控制系統(tǒng)就能完成精度要求更高的加工質(zhì)量與精度。

2恒定進(jìn)給率

在數(shù)控編程時(shí)，通常的步驟是根據(jù)零件圖計(jì)算輪廓每個(gè)變化點(diǎn)的坐標(biāo)值。形成刀具軌跡中心線的刀具半徑通常被忽略，因?yàn)榈毒甙霃讲⒉挥绊懙毒叩倪M(jìn)給率。但在圓弧編程時(shí)，使用繪圖尺寸，而不是到刀具中心線的距離，等距的刀具路徑（使用刀具半徑偏置后）可能比圓弧編程中的繪圖尺寸大得多或小得多。因此，在圓弧程序中的進(jìn)給率跟編程半徑相關(guān)，而跟刀具中心的實(shí)際半徑無關(guān)。當(dāng)?shù)毒甙霃狡糜行?，且圓弧的刀具路徑被刀具半徑偏置時(shí)，切削的實(shí)際圓弧半徑可能偏小或偏大。這決定于切削刀具運(yùn)動(dòng)的偏置值。有效切削半徑將減小所有內(nèi)圓弧的尺寸，而增大所有外圓弧的尺寸。因此當(dāng)表面加工質(zhì)量要求很高或當(dāng)?shù)毒甙霃椒浅４髸r(shí)，考慮增大或減小圓弧切削的進(jìn)給率是非常必要的。補(bǔ)償后的圓弧運(yùn)動(dòng)進(jìn)給率通常取決于當(dāng)前編程的直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)給率，已知計(jì)算直線進(jìn)給率的標(biāo)準(zhǔn)公式：F1＝n•Ft•Z式中，F(xiàn)1為直線進(jìn)給率；n為主軸轉(zhuǎn)速（r／min）；Ft為每齒進(jìn)給量；Z為切削刃的數(shù)量。根據(jù)直線進(jìn)給率公式，圓弧的加工面（外圓弧或內(nèi)圓弧）將影響圓弧進(jìn)給率的調(diào)整，外圓弧的直線進(jìn)給率應(yīng)該增加，而內(nèi)圓弧則應(yīng)該減小。經(jīng)推導(dǎo)，得出以下公式：（1）對(duì)外圓弧，通常將進(jìn)給率向上調(diào)整到一個(gè)較大的值：Fn＝F1（R＋r）／R，其中Fn為外圓弧進(jìn)給率，F(xiàn)1為直線進(jìn)給率，R為工件外徑，r為刀具半徑。（2）對(duì)內(nèi)圓弧，通常將進(jìn)給率向下調(diào)整到一個(gè)較小的值：Fn＝F1（R－r）／R，其中Fn為內(nèi)圓弧進(jìn)給率，F(xiàn)1為直線進(jìn)給率，R為工件外徑，r為刀具半徑。上述修改提高了圓弧處的尺寸精度及表面質(zhì)量，從而更好地滿足了對(duì)于工件加工質(zhì)量的要求。

3最大進(jìn)給率

CNC機(jī)床的最大可編程進(jìn)給率不是由控制器的生產(chǎn)廠家決定，而是由機(jī)床生產(chǎn)廠家決定的，例如，特定機(jī)床的最大進(jìn)給率可能只有10000mm／min，但是CNC系統(tǒng)可以提供比它高數(shù)倍的進(jìn)給率。這對(duì)所有的控制器都是適用的，主要是每個(gè)機(jī)床廠家生產(chǎn)的機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)強(qiáng)度及安全等因素決定了其進(jìn)給的最大速度不能超過一個(gè)定值。同時(shí)在主要以每轉(zhuǎn)進(jìn)給為編程方法的CNC車床上，還有其他一些考慮因素。CNC車床的編程主軸轉(zhuǎn)速（r／min）和最大快進(jìn)速率，常常會(huì)限制每轉(zhuǎn)最大切削進(jìn)給率。如果沒有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，就很容易把每轉(zhuǎn)進(jìn)給量寫得過高，該問題在單頭螺紋加工中最為常見，因?yàn)閱晤^螺紋加工的切削進(jìn)給率可以非常高。CNC機(jī)床不能使用超出最大設(shè)計(jì)范圍的進(jìn)給率進(jìn)行加工。當(dāng)同一程序中使用了異常大的進(jìn)給率和很快的主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，最好計(jì)算一下有效進(jìn)給率是否超出了給定機(jī)床的最大許可進(jìn)給率。最大許可進(jìn)給率可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：Fmax＝Rmax／n式中，F(xiàn)max為最大每轉(zhuǎn)進(jìn)給率；Rmax為X和Z軸中較小的最大進(jìn)給率；n為主軸轉(zhuǎn)速。通過上述公式可以計(jì)算出加工中的最大許可進(jìn)給率，對(duì)加工中的安全、質(zhì)量等有一個(gè)基本的度量，做到安全生產(chǎn)。

4進(jìn)給率倍率功能

盡管進(jìn)給率功能可以使用F地址指定，程序中也可以使用兩種特殊的輔助功能M來設(shè)置進(jìn)給率倍率的“開”和“關(guān)”。操作面板上沒有進(jìn)給率倍率旋鈕，如果CNC操作人員決定臨時(shí)增大或減少程序中的進(jìn)給率，該旋鈕是非常便利的。但在加工操作中，由于切削進(jìn)給率必須為編程進(jìn)給率，所以進(jìn)給率倍率旋鈕只能設(shè)定為100％，而不能是其他的任何設(shè)置。M48功能使得CNC操作人員可以隨心所欲地使用進(jìn)給率倍率開關(guān)，M49指令則使得進(jìn)給率按照程序所編寫的執(zhí)行，而不管控制面板上進(jìn)給率倍率旋鈕的設(shè)置如何。這兩種功能在不使用循環(huán)的攻螺紋和螺紋加工應(yīng)用中最為常見，這些場合要求進(jìn)給率與編程值完全一致。

5結(jié)語

總之，分析加工生產(chǎn)中常見的切削進(jìn)給率問題，控制數(shù)控加工中的進(jìn)給率，能顯著提高產(chǎn)品加工質(zhì)量及精度。

作者:許巖松 朱健 單位:沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院