用于双刀架数控车床加工的CAPP
2006/9/24 来源:制造技术与机床 作者:王健强;桂贵生

    核心提示:研究基于在线测量切削参数的双刀架数控车床图形自动编程系统中的加工过程规划CAPP技术。该图形自动编程系统以Microstation为图形平台,文中详细分析利用在线测得的切削参数进行CAPP的方法。该车削图形自动编程实现了双刀架数控车床回转体零件数控加工的CAD/CAPP/NCP的系统集成。

    1 前言

  双刀架数控车床采用多刀同时切削,能缩短工时,提高生产效率,在批量生产中得到应用。数控加工的几何数据和工艺数据,是NC机床工作的原始依据,由被加工零件的图纸确定。用自动编程系统进行数控编程,必须以某种CAPP的方式获取工艺路线、走刀轨迹、切削参数以及辅助功能(换刀、变速、冷却液开停等)。

  对于毛坯尺寸偏差大的工件的数控加工,若按传统的编程方式,就必须按照最大毛坯尺寸编程。如果按最大尺寸编程,一则加工效率较低,再则会在某种情况下造成空切,而在另外某种情况可能会造成过切。过切的后果,轻则影响刀具耐用度,重则损坏刀具影响机床的精度。所以,毛坯偏差大的工件的数控加工最好是根据每个工件的具体情况,来确定加工该工件的切削参数(如切削余量、走刀次数等)。本编程系统借助数控系统的刀具监控功能,在线测量工件上的一些关键点(称作测量点)的加工余量分布情况,在加工过程规划中确定工步所通过的测量点(一个或多个),由此得到本工步的切削参数。本文以我们为马钢公司车轮轮箍分公司开发的“双刀架数控车床图形自动编程系统”为例,研究双刀架数控编程系统的CAPP技术。该自动编程系统以Microstation为图形平台,实现了CAD/CAPP/NCP的系统集成。

    2 双刀架数控车床自动编程CAPP的特点

  双刀架数控车床是一种高效的数控机床,由于采用双刀同时切削,所以能够有效地缩短单件加工时间,显著地提高了生产率。而生产率提高的程度取决于左右刀架重叠加工时间的长短,也就是说双刀应尽可能地同时加工工件的不同表面。本文以德国Diedesheim机床公司生产的VF120—RW双刀架立式数控车床(该机床配有两套SINUMERIK—810T数控系统)加工火车车轮为例进行分析研究。该机床的数控系统采用主从控制方式,其左刀架数控系统为主系统(机床主轴速度等由左数控系统控制),右刀架数控系统为从系统,左、右两个数控系统以M21指令来协调两个刀架的动作,以R参数传递数据。据统计其加工效率可以比单刀架数控车床提高30%以上。

  双刀架数控车床自动编程的加工过程规划CAPP有别于普通的单刀架数控车床自动编程的CAPP过程。因为在进行CAPP时,加工的切削参数是未知的,实际使用的切削参数是在加工过程中通过测量得到的。在进行CAPP时,必须要指定工步加工轨迹所经过的测量点(一个测量点或多个测量点)的信息。双刀架数控车床加工过程规划CAPP的复杂性还体现在必须保证能对用户的规划过程实施足够的监控,确保不会造成加工时工艺系统的几何干涉和工艺干涉。加工过程规划CAPP以数控系统的M21指令(左右刀架动作协调指令)来对用户的规划进行可行性检验,以确保加工时左、右刀架在任何情况下都能正确工作,不会有干涉现象发生。系统设计为用户的CAPP提供了极大的方便,左、右刀架工步的规划既可以轮流进行,也可以一边完成后再规划另一边的工步。

    3 零件的几何信息和工艺信息的提取

  加工过程规划CAPP是以人机交互方式规划零件加工的一个工序的各工步,工步是加工过程规划CAPP数据存取的基本单元,以工步ID来标识工步;以双向链表来组织规划数据,方便数据的存储和修改操作,从而确保加工过程规划CAPP有足够的灵活性(规划过程及工步工艺参数的可修改)。每个工步数据由刀具运动轨迹数据和切削工艺数据两个部分构成。由于记录工步数据量很大,故用结构来记录这些信息,以协调数据的内在联系,同时又方便了数据的操作。

  系统充分利用Microstation系统的GUI技术,以对话框和符合Motif标准的控制进行人机交互。系统人机界面友好、操作方便。用户以鼠标和键盘进行人机交互,工步的几何数据用鼠标在CAPP图形文件中点取零件轮廓的方式获得;工步的工艺数据用鼠标和键盘结合的方式输入。

  加工过程规划CAPP以测量过程规划的图形文件和测量点R参数文件为输入,以刀具清单为加工的装刀依据;输出加工规划图形文件,加工过程规划CAPP数据文件。

  一般工步规划由五个部分组成,它们分别为:切削段、切入段、切出段、试刀段和工步ID放置。加工轮廓的切削段一般由若干个几何图素(直线或圆弧)组成,进行CAPP时按切削的顺序依次选取这些图素。工步规划的顺序为:切削段的规划,切入段的规划,切出段的规划,试刀段的规划(可选)和工步ID的放置。工步以工步ID进行标识。

图1 加工过程规划CAPP模块......点击查阅全文......↓