數控車銑加工中心C軸編程方法
2018-5-4 來源：廣東省中山市技師學院 作者：黃友訓
【摘要】車銑復合加工是利用銑刀旋轉和工件旋轉的合成運動來實現對工件的切削加工,使工件在形狀精度、位置精度、已加工表面完整性等多方面達到使用要求的一種先進切削加工方法。車銑復合加工不是單純的將車削和銑削兩種加工手段合并到一臺機床上, 而是利用車銑合成運動來完成各類表面的加工, 是在當今數控技術得到較大發展的條件下產生的一種新的切削理論和切削技術。掌握車銑復合加工中心手工編程技術成為關鍵，本文介紹數控車銑加工中心的功能、特點和使用C軸功能加工六邊形零件及端面圓弧槽及鉆孔加工方法。
關鍵詞：數控車銑加工中心；C軸；正六邊形；鉆孔
1 、引言
復合加工又叫完全加工、多功能加工。早期曾將加工中心稱為復合加工機床。但是隨著復合加工技術的不斷發展與進步，現在的復合加工機床與以前所稱的復合加工機床有了本質上的區別。復合加工機床通過一次裝夾零件完成多種加工工序，縮短了加工時間，提高了加工精度，因而受到用戶的歡迎。數控車銑復合機床是復合加工機床的一種主要機型，通常是在數控車床上實現平面銑削、鉆孔、攻絲、銑槽等銑削加工工序，具有車削、銑削以及鏜削等復合功能，能夠實現一次裝夾完成復雜零件的加工理念。
車銑復合加工機床的運動包括銑刀旋轉、工件旋轉、銑刀軸向進給和徑向進給四個基本運動。依據工件旋轉軸線與刀具旋轉軸線相對位置的不同，車銑復合加工主要可分為軸向車銑加工、正交車銑加工以及一般車銑加工。其中軸向車銑是應用范圍最廣泛的車銑加工方法。軸向車銑加工由于銑刀與工件的旋轉軸線相互平行，因此它不但可以加工外圓柱表面，也可加工內孔表面，通常為X、Z、C的3軸車銑加工中心。如圖1、圖2所示。
2 、車銑復合加工中心功能介紹
車銑復合加工中心除可同時進行車削所有功能外，還可以進行動力刀徑向加工、鉆孔、攻牙、端面切槽、側面切槽、側面銑削、角度鉆孔、曲線銑削等等?？梢杂梢慌_機床完成一個零件的所有加工步驟，實現了一次裝卡完成全部或者大部分加工工序，從而大大縮短零件制造工藝鏈。這樣一方面減少了由于裝夾改變導致的生產輔助時間，同時也減少了工裝夾具制造周期和等待時間，能夠顯著提高生產效率。與此同時車銑中心減少了裝夾次數，提高了加工精度。裝卡次數的減少避免了由于定位基準轉化而導致的誤差積累。同時，目前的車銑復合加工設備大都具有在線檢測的功能，可以實現制造過程關鍵數據的在位檢測和精度控制，從而提高零件的加工精度。
圖1 車銑加工中心
圖2 車銑加工中心零件加工
3 、車銑加工中心加工的優點
（1）縮短零件制造工藝鏈，提高生產效率?？梢园惭b多種特殊刀具，新型的刀具排布，減少換刀時間，提高加工效率，車銑復合加工可以實現一次裝夾完成全部或者大部分加工工序，從而大大縮短零件制造工藝鏈。這樣一方面減少了由于裝卡改變導致的生產輔助時間，同時也減少了工裝卡具制造周期和等待時間，能夠顯著提高生產效率。
（2）減少裝夾次數，提高加工精度。裝卡次數的減少避免了由于定位基準轉化而導致的誤差積累。同時，目前的車銑復合加工設備大都具有在線檢測的功能，可以實現制造過程關鍵數據的在位檢測和精度控制，從而提高零件的加工精度；高強度一體化的床身設計，提高了對難切削材料的重力加工能力；該機床配置有自動送料裝置，可以實現自動上料來連續，基本實現單臺機床的流水線作業。
（3）減少占地面積，降低生產成本。緊湊美觀的外形設計，改善了空間利用方式，維護修理更方便讓客戶得到最大的滿意；雖然車銑復合加工設備的單臺價格比較高，但由于制造工藝鏈的縮短和零件所需設備的減少，以及工裝夾具數量、車間占地面積和設備維護費用的減少，能夠有效降低總體固定資產的投資、生產運作和管理的成本。
4 、車銑加工中心編程應用實例
車銑中心加工技術的發展，也對數控編程技術提出了更高的要求，通常使用自動編程與手工編程相結合的兩種方式，使用自動編程首先要購入 CAD/CAM軟件，編程人員要掌握數控車削、多軸銑削、鉆孔等多種加工方式的編程方法，而且對于工序間的轉換與進退刀方式需要定位準確可靠，一但發生碰撞則對刀具和機床損壞較嚴重。學習車銑中心加工的編程，掌握手工編程和仿真技術是必不可少的環節。下面以兩個案例來介紹基于 GE FANUC-21I-T 數控系統的手工編程。
案例1：車銑中心C軸加工正六邊形，零件材料為鋁件，如圖3所示。
圖3 六邊形零件圖
（1）圖樣分析。根據圖 3 所示，毛坯材料選用直徑60×60mm 的鋁棒。采用三爪卡盤裝夾，刀具選用外徑車刀同直徑10mm高速鋼立銑刀。先采用外徑車刀加工工件端面及外圓，再采用直徑10mm銑刀分層加工六邊形。
（2）正六邊形圖樣的坐標點計算。如圖3所示，SW=40，基點分別為P1，P2，P3，P4，P5，P6共6點，各點計算方法及坐標點如表l所示，注其中的 C 坐標本是角度的計算，難以計算，但在如下的極坐標編程中，按直角坐標系中的 Y 坐標計算即可，從而大大簡化了編程，提高了編程的效率。
表1 正六邊形坐標點
（3）C軸加工極坐標指令。在 FANUC21I 系統中，使用 C 軸功能，首先需要通過輔助功能指令 M52 啟動 C 軸功能，再采用 G12.1轉換坐標系。自動編程的后處理也可以設置極坐標，沒有采用極坐標后處理的程序相對較長，直線同圓弧加工都是通過無數個點擬合，如果機床運算速度不夠快的話，加工質量很難得到保證；打開極坐標功能程序相對簡短，加工效果相對好。指令格式：G12.1 啟動極坐標插補方式（進行極坐標插補）；利用由線性軸和旋轉軸（假想軸）組成的笛卡爾坐標系來指定線性或圓弧插補；G13.1 取消極坐標插補方式（不進行極坐標插補）。
（4）走刀路線設計。
采用立銑刀軸向分層加工方式編程。第一級子程序采用l號刀補進行粗加工，方向同z方向精加工余量可以通過不同刀補數據來設置。第二級子程序采用2號刀補進行精加工，根據圖紙要求可以采用多重子程序進行分層下刀，加工量可以根據加工情況來調整。
（5）車 銑 中 心 銑 削 正 六 邊 形 程 序 如 下（基 于FANUC 21I-T 系統標準格式）：
（6）銑削仿真加工效果如圖4所示。
圖4 正六邊形加工完成模擬圖
案例 2：使用車銑加工中心 C 軸功能加工端面圓弧槽和鉆孔，工件材料為 45 號鋼，3 個孔的直徑為直徑10mm，孔深為 5mm，兩個圓弧槽寬度為 12，深度為10mm，零件如圖 5 所示。
圖5 加工的端面圓弧槽零件圖
（1）加工工藝分析。根據零件圖，毛坯材料選用直徑80×100mm的45號鋼。采用三爪卡盤裝夾，先采用外徑車刀加工工件端面及外圓，再采用直徑10mm高速鋼材質麻花鉆加工孔，然后用直徑12mm合金立銑刀銑圓弧槽。
（2）銑削仿真加工效果如圖6和圖7所示。
圖6 鉆孔工序圖
圖7 零件加工完后圖
5 、結束語
車銑復合加工技術的發展，對數控編程技術提出了更高的要求，這也是制約車銑復合加工設備在實際生產應用中的一個瓶頸環節。由于車銑復合加工投入實際生產的應用時間較短，在沒有專業的復合加工解決方案的情況下，通常是利用通用 CAM 軟件規劃出部分加工程序，然后工藝人員再對程序進行手工整合，以滿足復合加工機床對加工程序的要求。這種解決方法對工藝人員的要求非常高。
本文通過車銑復合加工中心上加工六邊形及端面孔及圓弧槽的編程案例，說明了數控車銑加工中心C 軸編程的應用方法，從而為進一步學習數控車銑加工中心的手工編程及自動編程打下良好的基礎。
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