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车工技师论文--用普通数控车床准确加工母线为非圆曲线的工件摘要：讨论了用普通数控车床准确加工母线为非圆曲线工件的插补技术要点，编制了通用的加工程序生成软件。只需将工件的母线方程和几何参数输入该软件，即可生成NC 代码加工程序，并可在计算机上动画模拟加工全过程。该软件应用于GSK-928 型数控车床加工时取得了良好效果。 1 引言 普通数控车床的数控系统内存有限，计算功能不足，在拟合加工曲线时，一般只能采用直线插补和圆弧插补两种方式。因此，用普通数控车床加工母线为非圆曲线的工件时较为困难，尤其对于一些母线较复杂而对形状精度要求较高的非圆曲线工件，其加工难度更大。为简化母线为非圆曲线工件的加工程序编制，提高对该类工件的加工准确性和适应性，本文提出一种针对母线为非圆曲线工件的准确加工方法，并编制了相应的通用加工程序生成软件，经在数控车床上实际应用，效果良好。 2 提高插补精度的技术要点 选择圆弧插补方式 在选择加工曲线插补方式时，由于直线插补方式的曲线划分段数必须足够多才能保证较高加工精度，因此占用内存较大。为兼顾对各种加工曲线的通用性，合理利用内存，保证较高加工精度，采用圆弧插补方式比较有利。 以等弦长曲线内各微曲线的平均曲率半径作为插补圆半径 曲线上某点的曲率圆与曲线在该点具有相同的切线和曲率。用划分好的各曲线段的曲率半径作为圆弧插补半径，可使圆弧插补半径始终与曲线的弯曲程度较好吻合，从而保证较高的插补精度。因此，求取准确的曲率半径是保证插补准确性的关键。若以等坐标长对曲线进行划分，则对于沿该坐标不均匀变化的曲线，其在不同坐标点的曲线形状变化对曲率准确性的影响不容忽视。为此，我们采用了沿曲线走向以等弦长进行曲线划分的方法。由于该段曲线是以经过再细分的许多微线段的平均曲率半径作为其曲率半径，所以即使对于起伏较大、变化很不均匀的曲线，也能获得较好的拟合效果。其实现方法为借助计算机快速、准确的运算能力，用极小的递增量划分曲线并计算各段微曲线的曲率半径，将所得点到起点的直线距离与指定长度相比较，一旦达到规定的弦长长度时即产生一个插补点，计算出该段所有微曲线的平均曲率半径并将其作为圆弧插补半径。然后再将该点作为新一段曲线段的起点，寻找下一个插补点。如此类推，直至将整条曲线划分完毕。微曲线各点的曲率半径pi和各等弦长曲线段的平均曲率半径p可通过各微曲线段端点的一阶导数y'和二阶导数y" 计算求得，即 式中m——曲线段内微曲线段的段数加工精度要求较高的工件时，应采用较小的弦长进行划分，以增加插补点，提高曲线拟合精度。当然，具体操作时需对数控系统内存和工艺要求进行综合考虑，以求达到最佳加工效果。曲线各圆弧的凹凸性可通过比较该曲线段两端点函数值的平均值与该曲线段中点的函数值进行判断，若〔f(x1)+ f(x2)〕/ 2 f[( x1 + x2)/2]，则x1和x2间的曲线为下凹。 合理设计走刀方向由于普通数控车床的数控系统内存有限(如GSK-928 数控系统内存仅为28K)，因此合理、充分地利用内存是制定加工工艺时必须考虑的一个重要因素。为充分利用内存，粗加工时可采用径向走刀方案(见图1a)。由于径向走刀的多次循环会产生许多插补数据，因此与轴向走刀相比可明显节省内存空间，从而可增加精加工的插补点数，提高插补精度。精加工则采用沿曲线轴向走刀、圆弧插补的加工方案(见图1b)。 图1 走刀方向示意图3 加工程序的生成建立了圆弧插补数学模型后，用C语言生成加工文本文件。首先定义一个文件指针fp，用fp创建一个文本文件，将其工作状态设置为写方式，然后用fprintf()函数将NC指令和插补数据以NC代码格式写入加工文件，写圆弧插补的程序段形式如：fprintf( fp“ N%d G%d X% Z% R%”，n，aotu，x，y，r)，其中变量n、aotu、x、y、r分别代表程序段号、圆弧方向、x向坐标、z向坐标和插补圆标半径。插补数据的计算和插补条件由C语言for循环语句控制。程序流程如图2 所示。 图2 程序流程图4 加工程序生成软件的应用根据被加工工件图纸要求，将母线曲线函数及尺寸参数输入源程序，进行应用功能选择后，即可实现以下的应用操作。 加工过程的动画模拟仿真程序中设计了一个加工过程模拟仿真与显示子程序。输入工件的母线方程、尺寸参数并选择模拟仿真操作方式后，运行该子程序，即可以动画形式模拟出加工的全过程。该过程与实际加工状况相吻合，并可显示出工件加工完后的真实形状，使操作人员能迅速、直观地验证加工程序的正确性，也可作为选用刀具和加工参数的参考依据。 切削加工将应用方式选择为切削操作，则加工软件可生成粗、精加工的刀尖坐标和换刀数据，利用通讯软件将系统编译生成的加工数据发送到车床数控系统，经光学对刀、设置加工原点和刀号、刀偏值等常规操作后，即可在机床数控面板上操作运行，进行切削加工。应用该加工软件在GSK-928 型数控车床上加工母线为双曲函数、指数函数等多种复杂形状的超声变幅杆等工件，均取得了良好效果。5 结语本文采用以等弦长划分曲线、以平均曲率半径作为插补圆半径等方法，提高了插补准确性和对不同曲线的适应性，并编制了相应的加工程序生成软件。对于插补数据容量超出系统内存容量的程序，可将程序在加工转折点分为若干个小程序，按顺序采用分段发送、分段加工的方法解决。该软件具有较强的通用性，对在普通数控车床上加工母线为非圆曲线的工件尤其适用，很适合小批量加工及工件母线类型和尺寸更换频繁的加工场合。

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数控机床诊断维修方法经验浅述X 摘 要:本文就近几年来在对进口数控设备的维护中,逐渐学习并掌握了CNC 系统的一些故障规 律和快速诊断方法进行了整理。意在使其更好地为数控设备的使用与维修服务提供借鉴。 关键词:数控机床;诊断维修;方法 随着发达国家先进技术和装备的不断引进,使 我们设备维护人员的维修难度越来越大,这是不可 否认的事实。但怎样尽快适应和掌握它,是我们应 该认真探讨并急需解决的课题,下面就自己多年的 维修经验谈一点个人体会。 笔者近年引进的日立精机VA 一65 和HC 一 800 两台加工中心,不但具有交流伺服拖动、四轴联 动功能,而且还配有磁栅全闭环位置反馈及自动测 量、自动切削监视系统,其CNC 是当时国际上最先 进的FANUC 一11M 系统。运行11 年来,虽然随 着使用年限的增长,一些元器件的老化、故障期的到 来,特别是加工任务的增多,设备每天24h 不停机的 运转,出现了几乎每周都有故障报警的现象。但为 保证任务的按期完成,我们在没有经过国内外培训 且图纸资料不全的条件下,在无数次的维修测试中, 认真分析故障规律,不断积累有关数据,逐渐掌握维 修要领,尽量在最短的时间内查出故障点,用最快的 速度修复调整完成。以下从几方面论述快速诊断和 维修数控设备的方法: 1 先观察问询再动手处置 首先看报警信息,因为现在大多数CNC 系统都 有较完善的自诊断功能,通过提示信息可以马上知 道故障区域,缩小检测范围。像一次HC 一800 卧 式加工中心在运行中出现5010 # spindle drive unit alarm 报警。我们根据提示信息马上按顺序检查了 主轴电机及其执行元件、主轴控制板,查明过流断路 点后恢复正常,仅用20min 完成。但从我们的经验 中也有受报警信息误导的例子,因此说可依据它但 不能依赖它。 故障发生后如无报警信息,则需要进一步用感 官来了解设备状态,最重要的就是向操作人员问询 故障发生的前因后果。同样是该设备,有一次其 APC 系统在防护罩没有打开情况下B 轴突然旋转 起来刮坏护罩,这一现象以前从未出现过。经我们 现场仔细询问操作过程,清楚了故障经过:原来操作 人员先输入了M60 指令,使_bPm_�APC 系统程序运行(更 换旋转工作台) ,当执行元件失控中途停机后,又进 行了手动状态下的单步指令操作。当时M60 并没 有删除,使其执行元件恢复正常后继续了原程序动 作。经认真了解并仔细分析后,我们立刻清除所有 原设定的指令,检测并更换了失控元件,避免了更大 故障的发生。根据报警信息和故障前的设备状态, 来判断故障区域,争取维修时间。 2 遵循由外到里,由浅入深的检修原则 笔者对加工中心多年的维修经历来看,大多数 故障根源都是来自于外部元器件,因其受外界因素 影响较大,象机械碰撞磨损、冷却液腐蚀、积尘过多、 润滑不良等,使这些年久失修的元器件处于不完好、 不可靠状态,成为设备故障的最大隐患。像各轴经 常出现的超程报警、零点复归误差、位置信号不反馈 等,都是一些磁性或机械式开关失灵造成。还有的 故障也是出现在电磁阀、电机和经常伸缩的电缆上。 像HC 一800 的一次B 轴旋转不到位或有时根本不 旋转故障,报警提示为: feed axis fault (APC com2 mand) ,看起来与命令有关。但我们根据故障现象 还是果断地检查B 轴各行程限位,果然有一撞块与 开关接触不好,经调整后正常。这就避免无目标地 消耗很大精力去查整个CNC 系统,先把重点放在外 部环节上。 这实际上是一种经验上的诊断,如果我们手里 有原理接线图,那就应该正规地按图纸去相应对照, 顺序查找并针对性的去测试电位和波形,还能从中 悟出一些理论上的东西。正是因为没有这个条件, 所以我们在维修中就是遵循从外部到内部、从人为 到系统、由浅入深的原则去进行,这就大大缩短了设 备的停修时间。 3 充分利用PC 图查找故障点 根据报警信息调出与其相关的PC 图进行分析 核对,也是一种诊断的方便途径。一次VA 一65 自 动换刀机械手到位后不执行抓刀指令,我们马上调 出PC 图从各指令开关信号到各进、退、松、紧动作 信号逐一进行对应校验,最后查出机械手旋转到信 号没有发出,原因是由于一磁性接近开关松动移后 不起作用,使下一步抓刀动作无法进行,调整后恢复 正常。 由PC 图查故障点看来比较方便直观,但如果 不了解其内部动作原理和工作程序,那可以说也是 大海捞针,无从下手。特别是无电气原理图就更难 以判断,每个输出动作多达几十个开关条件才能满 足,确实要下很大工夫才能逐步认识并掌握。我们 就是靠平时维修时的日积月累,在不断的了解和运 用它。 4 疑难故障的检测分析和快捷处理 此两台加工中心的一些元器件年久老化,使其参数随温度 或电流的变化而极不稳定,造成故障后能自动恢复 即时好时坏现象,这是我们最为之挠头的故障。因 为搞维修的都知道,元件坏了容易检测,而不正常的 通断情况则很难判断是元件坏了还是线路接触不良 造成,因为无法进行正常的信号检测。如B 轴工作 台换位;刀库进刀口自动打开;B 轴台板夹紧、松开 失灵等故障,其执行元件均是固态继电器接受指令 信号接通后带动电磁阀动作。当检测时可能未见异 常,启动后又可能一切正常,待连续动作几次后又停 机报警。我们根据故障现象及反复周期判定应该是 执行元件性能下降造成,因图纸不详、标识不清,只 能将关联的一组执行元件在正常和异常的情况下分 别进行检测,经反复测试后,最后从30 多只继电元 件中分别查出并更换了其性能下降的元件。 一次HC 一800 B 轴原点复归失控,指令发出 后旋转不停,没有报警信息。经现场了解分析,首先 认定应该是B 轴零点检测系统故障,而该系统是由 一只磁性接近开关发出到位信号后控制执行元件减 速停车。我们马上对这一信号进行线路测试,结果 无信号发出,人为设定一个到位信号则准确复归停 车,确认检测开关到设定信号点这一段有故障。但 如果想直接检测接近开关则必须将B 轴和与其关 联的调轴解体,因为此开关装在B 轴工作台体内。 这样的大结构拆修以前从未干过,测算一下工作量 需半个月时间,而且还要特别精心地对十多根控制 电缆和几十根油管拆除和恢复,这就很难保证拆装 后各部分的精度,但要想解决问题还必须露出这一 开关进行检测和维修。能否用一个简便的方法既能 节省拆装工作量又能拿出这一检测开关,经反复论 证后终于想出一个只拆B 轴端盖和调轴磁尺支架 拿出此开关的方法。虽然电气维修人员拆装、检测 难度很大,但保证了台面不大解体,把后患影响减小 到了最低限度。经实际测试开关、处理断路点原位 安装后恢复了B 轴复归功能,又对拆装后影响到的 调轴位置误差和B 轴定位故障进行了补偿和调整, 一切正常后仅用三天时间即交付使用,保证了试制 加工任务的完成。 5 结语 总之,在处理故障过程中怎样尽快打开思路、进 入状态,缩小检测范围,直触故障根源是维修技术人 员水平高低的关键所在。看似简单的道理却饱含着 方方面面,也是维修人员多年辛勤劳动的结晶。我 们就是在这种高频率故障的压力下,克服了重重困 难,尽力在短时间内解决问题,减少设备停歇台时, 为车型试制做出了我们应有的贡献。 [参考文献] [1 ] 李亚芹,龙泽明,韩阳阳. 数控机床爬行问题的 分析与研究[J ] . 组合机床与自动化加工技术, 2006 , (10) :76～78. [2 ] 卓迪仕. 数控技术及应用[M] . 北京:国防工出 版社,1997.

UG在铣削中的运用 姓 名： 班 级： 学 号： 指导老师： (单位： 邮编:) 2010-5-20 UG在铣削中的运用 【摘 要】UG是目前功能最为强大的CAD/CAM软件，它为用户提供了多种CAM方法。其中包含零件设计、二维工程图、零件加工和仿真(可以进行外形铣削、挖槽加工和开放平面带台阶的加工等)以及有限元分析等模块，具有设计修改方便，更新迅速等特点。 【关键词】自动编程 UG 后处理 一、UG编程在铣削模块的功能运用 1.铣削模块的类型 图1 铣削模块的创建 UG的铣削模块包含平面铣削、高等铣削、外形铣削以及开口轮廓铣削等几个加工子模块，如图1所示。我们可以根据加工需要，灵活选择其中一个或者几个子模块，就可以完成零件的铣削加工任务。这些模块基本上满足零件从2轴到4轴的加工需求。 在铣削加工中，有的工件型腔(打深径)需要采用粗加工方式把型腔内的材料全部铣削加工。通过UG铣削模块里面的粗加工方式生成的刀具轨迹，有时存在不合理的刀路，如尖角等，这就要我们对走刀方式进行控制。 2.平面铣模块编程过程 图2 平面铣削模块 由于其它编程模块存在不便之处，在分析了UG平面铣模块的特点之后，决定采用这个模块来编制铣削粗加工程序，达到 控制铣刀走刀方式的目的。图2为平面铣模块的子模块面板。 图3 走刀方式 UG面铣模块等是针对零件的平面部分进行三轴加工的模块，其特点是铣削加工发生在XY平面上，Z轴的作用主要是下 刀、提刀以及在加工中避让夹具等功能。走刀方式具有灵活、易于控制等优点，可采取的走刀方式有单方向、往返方式、跟随工件外形、铣外形以及混合加工等，如图3所示。加工中心机床的工作平面为XY平面，通过铣削切割在二维平面上的运动完成零件的加工。如果能够在UG面铣模块编程时，抑制Z轴下刀和抬刀，就可以生成只含XYZ三个坐标的刀具轨迹文件。通过后处理便可以生成适用于加工中心机床的数控程序，这样就 极大地增强了铣削编程走刀方式的可控性。 图4 生成加工图形 图4是一个典型的零件外形，现在需要面铣方式进行圆内型腔的加工和表面加工，如果直接采用UG加工中心模块里面的面铣方式进行加工，则生成的刀具轨迹如图5中轨迹所示，轨迹里面存在尖角，机床在尖角处突然变向容易而引起冲击图5中轨迹是通过平面铣方式生成的种种不同走刀方式的刀具轨迹。从这种走刀轨迹可以看出，采用平面铣的刀具轨迹有更好 的可控性，而且生成的程序更加平滑，没有尖角，因而不会引起机床的冲击，更好的保证了零件的加工精度以及延长了机床的使用寿命。 二、UG程序的编制与后置处理 通常，加工中心机床都具有很高的定位精度和重复定位精度，适合加工表面粗糙度要求较高，尺寸精度控制严格的零件。现在以该机床的程序编制为例介绍加工中心铣削程序编制一般步骤。 前述生成的刀具轨迹是刀具在加工过程中所经过的一系列位置点的集合，称之为刀位，以一定格式和表述方法来记录这些刀位位置信息的文件称为刀位文件。在UG中，这些文件一般都以ISO文件格式保存，里面不仅记录可刀位的点位信息，同时还包含刀具的信息以及进给、主轴转速等其他加工信息。刀位文件不能直接用于数控机床，要使数控机床识别这些刀位，就应该将其转变成机床能够识别的NC代码。UG后处理中，通过这个文件来定义机床类型以及在后置处理中生成NC代码的格式。通过后置处理编辑器后处理器创建和编辑上述这个文件，使其符合特定的机床规范。 1.编程规范与后置处理 在编制该机床的后置处理器之前，首先要了解该机床的程序规范。该加工中心机床的编程规范有如下一些特点： （1）程序开头以N作为序号，后面的数字从1往后以1逐步递增； （2）程序第一段以G00作为机床的定位点，此点必不可少，而且只能在一个指令开始时出现。然后在进行直线（G01）、圆 弧（G02或者G03）等插补； （3）程序中每一段都要以“；”结束； （4）圆弧中心I、J值为从圆弧起点指向圆心的向量； （5）当整段程序运行完成以后，以M01完成该程序段。 2.后置处理 在了解了该机床的编程规范后，下面的工作就是按照该规范创建、编辑于之相应的后置处理文件。最后进入后置处理时，输入选择相应机床类型，然后根据规范编辑机床行程、程序序号以及程序结尾等相关内容，保存创建内容，后处理器自动生成上述（STEP）可以应用于后置处建的后主处理文件，把刀位文件转换为该机床的NC代码。UG的后处理文件编辑器后处理器主界面选择相应的处理器。 3.编程实例 图5生成的刀具轨迹 上述采用平面铣模块生成的加工中心铣削刀位文件在进行 后置处理时，还要编制后置处理文件。其中机床类型选择为三轴铣，否则在进行后置处理的时候系统会出现错误。其余内容按照编程规范进行编辑、修改即可。 以上述图4中的零件为例，采用面铣模块创建如图5中轨迹，生成刀位文件。创建、编辑后处理文件并保存。通过后置处理生成的NC代码如下，该NC代码在机床上面运行良好。 % G40 G17 G90 G54 G0 S5000 M03 Z-4. F250. M08 Z-10. Z-7. ………… Z-7. GO Z10. G91 G28 Z0 G28 X0 Y0 MO1 结束语 利用UG软件进行数控编程，可缩短程序编制时间，提高了加工效率。通过对铣削加工数控规范的分析，创建了后置处理文件并应用于后置处理器，把刀位文件转化成了机床能够识别 的NC程序。同时，通过面铣模块进行粗加工铣削程序等的编制，丰富了铣削程序走刀方式的多样性和可操作性，成为了铣削编程模块有益的补充。实践证明，采用这种方法进行加工中心程序编制取得了很好的经济效益和时间效益。 参考文献 郑贞平主编 数控加工典型范例》 电子工业出版社 《