数控加工中进给率控制论文
时间:2022-07-17 10:47:23
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在CNC加工中,CNC控制系统通过F地址来访问进给率字,F地址后数字的大小决定了进给率的大小,但数字的多少取决于进给率模式和机床应用。进给率是与主轴功能关系最为密切的编程因素,通常在切除多余材料(毛坯)时,主轴功能控制着主轴转速以及旋转方向,而进给率则控制着刀具的进给速度。根据此特点,在CNC加工中,进给率可以分为每分钟进给率(mm/min或in/min)与每转进给率(mm/r或in/r)两种类型。最常见的CNC机床,即加工中心和车床,均可使用任何一种进给模式进行编辑。但在实际应用中,加工中心多使用每分钟进给率,而数控车床常使用每转进给率。要选择适合的最佳进给率,必须熟悉影响数控加工进给率设定的主要因素,这也是编程中的一个重要部分。进给率的选择通常主要取决于主轴转速(r/min)、刀具直径(M)或刀尖圆弧半径(T)、工件的表面要求、切削刀具几何尺寸、切削力、工件安装方式、刀具伸出的悬臂量、切削运动的长度、材料切除量(切削深度或宽度)、铣削方式(顺铣或逆铣)、材料上槽的数量(只针对铣刀)、安全因素。
1加速和减速
在典型的轮廓加工中,由于被加工工件上交点、切点和间隙等的存在,切削运动的方向频繁改变。例如在编程加工工件上的直角拐角处,一个程序段中沿X轴的刀具运动,在下一程序段中得转换到沿Y轴的运动,要实现这种转换,控制器首先必须停止X轴的运动,然后再启动Y轴运动。如果没有加速,就不可能以最大进给率瞬时启动,同样如果没有减速,也不可能停止进给,这样就可能发生切削错误,尤其是在进给率非常大和角度极小的情况下。通常对一普通精度要求的工件,即使发生如此的情况,也不会影响产品的质量。但如果被加工工件的相应加工尺寸与精度要求非常严格,为避免出现上述问题,CNC系统就必须采取相应的措施。在FANUC控制器中提供了两种指令G09(准确停)、G61(准确停模式)来严格控制切削刀具的进给率,以达到产品所要求的尺寸精度。1.1准确停指令FANUC数控系统中指定G09为准确停指令,它是非模态指令,即在每个需要它的程序段中都要重复编写。通过在程序中添加G09准确停指令,则它所在程序段里的运动完全完成后,另一主轴的运动才会启动,以达到G09所在段的加工尺寸精度。1.2准确停模式指令准确停指令G61与G09的区别在于G61为模态指令,它会一直有效,直到切削模式指令G64或同组的G62(自动拐角倍率)、G63(攻螺纹模式)出现才将之取消。G61缩短了编程时间,但不会缩短循环时间。G09只有在为了加工出某特定拐角而需要减速时才会发挥出其特点,而如果一个程序中所有的拐角都需要很高的精度时,重复使用G09会使程序变得冗长,降低编程效率,从而G61的优点就显现出来了。通过使用G09或G61的设定,控制系统就能完成精度要求更高的加工质量与精度。
2恒定进给率
在数控编程时,通常的步骤是根据零件图计算轮廓每个变化点的坐标值。形成刀具轨迹中心线的刀具半径通常被忽略,因为刀具半径并不影响刀具的进给率。但在圆弧编程时,使用绘图尺寸,而不是到刀具中心线的距离,等距的刀具路径(使用刀具半径偏置后)可能比圆弧编程中的绘图尺寸大得多或小得多。因此,在圆弧程序中的进给率跟编程半径相关,而跟刀具中心的实际半径无关。当刀具半径偏置有效,且圆弧的刀具路径被刀具半径偏置时,切削的实际圆弧半径可能偏小或偏大。这决定于切削刀具运动的偏置值。有效切削半径将减小所有内圆弧的尺寸,而增大所有外圆弧的尺寸。因此当表面加工质量要求很高或当刀具半径非常大时,考虑增大或减小圆弧切削的进给率是非常必要的。补偿后的圆弧运动进给率通常取决于当前编程的直线运动进给率,已知计算直线进给率的标准公式:F1=n•Ft•Z式中,F1为直线进给率;n为主轴转速(r/min);Ft为每齿进给量;Z为切削刃的数量。根据直线进给率公式,圆弧的加工面(外圆弧或内圆弧)将影响圆弧进给率的调整,外圆弧的直线进给率应该增加,而内圆弧则应该减小。经推导,得出以下公式:(1)对外圆弧,通常将进给率向上调整到一个较大的值:Fn=F1(R+r)/R,其中Fn为外圆弧进给率,F1为直线进给率,R为工件外径,r为刀具半径。(2)对内圆弧,通常将进给率向下调整到一个较小的值:Fn=F1(R-r)/R,其中Fn为内圆弧进给率,F1为直线进给率,R为工件外径,r为刀具半径。上述修改提高了圆弧处的尺寸精度及表面质量,从而更好地满足了对于工件加工质量的要求。
3最大进给率
CNC机床的最大可编程进给率不是由控制器的生产厂家决定,而是由机床生产厂家决定的,例如,特定机床的最大进给率可能只有10000mm/min,但是CNC系统可以提供比它高数倍的进给率。这对所有的控制器都是适用的,主要是每个机床厂家生产的机床机械结构体的结构、设计强度及安全等因素决定了其进给的最大速度不能超过一个定值。同时在主要以每转进给为编程方法的CNC车床上,还有其他一些考虑因素。CNC车床的编程主轴转速(r/min)和最大快进速率,常常会限制每转最大切削进给率。如果没有认识到这一点,就很容易把每转进给量写得过高,该问题在单头螺纹加工中最为常见,因为单头螺纹加工的切削进给率可以非常高。CNC机床不能使用超出最大设计范围的进给率进行加工。当同一程序中使用了异常大的进给率和很快的主轴转速时,最好计算一下有效进给率是否超出了给定机床的最大许可进给率。最大许可进给率可以根据以下公式进行计算:Fmax=Rmax/n式中,Fmax为最大每转进给率;Rmax为X和Z轴中较小的最大进给率;n为主轴转速。通过上述公式可以计算出加工中的最大许可进给率,对加工中的安全、质量等有一个基本的度量,做到安全生产。
4进给率倍率功能
尽管进给率功能可以使用F地址指定,程序中也可以使用两种特殊的辅助功能M来设置进给率倍率的“开”和“关”。操作面板上没有进给率倍率旋钮,如果CNC操作人员决定临时增大或减少程序中的进给率,该旋钮是非常便利的。但在加工操作中,由于切削进给率必须为编程进给率,所以进给率倍率旋钮只能设定为100%,而不能是其他的任何设置。M48功能使得CNC操作人员可以随心所欲地使用进给率倍率开关,M49指令则使得进给率按照程序所编写的执行,而不管控制面板上进给率倍率旋钮的设置如何。这两种功能在不使用循环的攻螺纹和螺纹加工应用中最为常见,这些场合要求进给率与编程值完全一致。
5结语
总之,分析加工生产中常见的切削进给率问题,控制数控加工中的进给率,能显著提高产品加工质量及精度。
作者:许岩松 朱健 单位:沈阳航空职业技术学院
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