數控加工中進給率控制論文
時間:2022-07-17 10:47:23
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在CNC加工中,CNC控制系統通過F地址來訪問進給率字,F地址后數字的大小決定了進給率的大小,但數字的多少取決于進給率模式和機床應用。進給率是與主軸功能關系最為密切的編程因素,通常在切除多余材料(毛坯)時,主軸功能控制著主軸轉速以及旋轉方向,而進給率則控制著刀具的進給速度。根據此特點,在CNC加工中,進給率可以分為每分鐘進給率(mm/min或in/min)與每轉進給率(mm/r或in/r)兩種類型。最常見的CNC機床,即加工中心和車床,均可使用任何一種進給模式進行編輯。但在實際應用中,加工中心多使用每分鐘進給率,而數控車床常使用每轉進給率。要選擇適合的最佳進給率,必須熟悉影響數控加工進給率設定的主要因素,這也是編程中的一個重要部分。進給率的選擇通常主要取決于主軸轉速(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、切削運動的長度、材料切除量(切削深度或寬度)、銑削方式(順銑或逆銑)、材料上槽的數量(只針對銑刀)、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、切點和間隙等的存在,切削運動的方向頻繁改變。例如在編程加工工件上的直角拐角處,一個程序段中沿X軸的刀具運動,在下一程序段中得轉換到沿Y軸的運動,要實現這種轉換,控制器首先必須停止X軸的運動,然后再啟動Y軸運動。如果沒有加速,就不可能以最大進給率瞬時啟動,同樣如果沒有減速,也不可能停止進給,這樣就可能發生切削錯誤,尤其是在進給率非常大和角度極小的情況下。通常對一普通精度要求的工件,即使發生如此的情況,也不會影響產品的質量。但如果被加工工件的相應加工尺寸與精度要求非常嚴格,為避免出現上述問題,CNC系統就必須采取相應的措施。在FANUC控制器中提供了兩種指令G09(準確停)、G61(準確停模式)來嚴格控制切削刀具的進給率,以達到產品所要求的尺寸精度。1.1準確停指令FANUC數控系統中指定G09為準確停指令,它是非模態指令,即在每個需要它的程序段中都要重復編寫。通過在程序中添加G09準確停指令,則它所在程序段里的運動完全完成后,另一主軸的運動才會啟動,以達到G09所在段的加工尺寸精度。1.2準確停模式指令準確停指令G61與G09的區別在于G61為模態指令,它會一直有效,直到切削模式指令G64或同組的G62(自動拐角倍率)、G63(攻螺紋模式)出現才將之取消。G61縮短了編程時間,但不會縮短循環時間。G09只有在為了加工出某特定拐角而需要減速時才會發揮出其特點,而如果一個程序中所有的拐角都需要很高的精度時,重復使用G09會使程序變得冗長,降低編程效率,從而G61的優點就顯現出來了。通過使用G09或G61的設定,控制系統就能完成精度要求更高的加工質量與精度。
2恒定進給率
在數控編程時,通常的步驟是根據零件圖計算輪廓每個變化點的坐標值。形成刀具軌跡中心線的刀具半徑通常被忽略,因為刀具半徑并不影響刀具的進給率。但在圓弧編程時,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,在圓弧程序中的進給率跟編程半徑相關,而跟刀具中心的實際半徑無關。當刀具半徑偏置有效,且圓弧的刀具路徑被刀具半徑偏置時,切削的實際圓弧半徑可能偏小或偏大。這決定于切削刀具運動的偏置值。有效切削半徑將減小所有內圓弧的尺寸,而增大所有外圓弧的尺寸。因此當表面加工質量要求很高或當刀具半徑非常大時,考慮增大或減小圓弧切削的進給率是非常必要的。補償后的圓弧運動進給率通常取決于當前編程的直線運動進給率,已知計算直線進給率的標準公式:F1=n•Ft•Z式中,F1為直線進給率;n為主軸轉速(r/min);Ft為每齒進給量;Z為切削刃的數量。根據直線進給率公式,圓弧的加工面(外圓弧或內圓弧)將影響圓弧進給率的調整,外圓弧的直線進給率應該增加,而內圓弧則應該減小。經推導,得出以下公式:(1)對外圓弧,通常將進給率向上調整到一個較大的值:Fn=F1(R+r)/R,其中Fn為外圓弧進給率,F1為直線進給率,R為工件外徑,r為刀具半徑。(2)對內圓弧,通常將進給率向下調整到一個較小的值:Fn=F1(R-r)/R,其中Fn為內圓弧進給率,F1為直線進給率,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量,從而更好地滿足了對于工件加工質量的要求。
3最大進給率
CNC機床的最大可編程進給率不是由控制器的生產廠家決定,而是由機床生產廠家決定的,例如,特定機床的最大進給率可能只有10000mm/min,但是CNC系統可以提供比它高數倍的進給率。這對所有的控制器都是適用的,主要是每個機床廠家生產的機床機械結構體的結構、設計強度及安全等因素決定了其進給的最大速度不能超過一個定值。同時在主要以每轉進給為編程方法的CNC車床上,還有其他一些考慮因素。CNC車床的編程主軸轉速(r/min)和最大快進速率,常常會限制每轉最大切削進給率。如果沒有認識到這一點,就很容易把每轉進給量寫得過高,該問題在單頭螺紋加工中最為常見,因為單頭螺紋加工的切削進給率可以非常高。CNC機床不能使用超出最大設計范圍的進給率進行加工。當同一程序中使用了異常大的進給率和很快的主軸轉速時,最好計算一下有效進給率是否超出了給定機床的最大許可進給率。最大許可進給率可以根據以下公式進行計算:Fmax=Rmax/n式中,Fmax為最大每轉進給率;Rmax為X和Z軸中較小的最大進給率;n為主軸轉速。通過上述公式可以計算出加工中的最大許可進給率,對加工中的安全、質量等有一個基本的度量,做到安全生產。
4進給率倍率功能
盡管進給率功能可以使用F地址指定,程序中也可以使用兩種特殊的輔助功能M來設置進給率倍率的“開”和“關”。操作面板上沒有進給率倍率旋鈕,如果CNC操作人員決定臨時增大或減少程序中的進給率,該旋鈕是非常便利的。但在加工操作中,由于切削進給率必須為編程進給率,所以進給率倍率旋鈕只能設定為100%,而不能是其他的任何設置。M48功能使得CNC操作人員可以隨心所欲地使用進給率倍率開關,M49指令則使得進給率按照程序所編寫的執行,而不管控制面板上進給率倍率旋鈕的設置如何。這兩種功能在不使用循環的攻螺紋和螺紋加工應用中最為常見,這些場合要求進給率與編程值完全一致。
5結語
總之,分析加工生產中常見的切削進給率問題,控制數控加工中的進給率,能顯著提高產品加工質量及精度。
作者:許巖松 朱健 單位:沈陽航空職業技術學院
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