矩陣式數控加工論文范文

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1矩陣式數控加工

1.1矩陣式數控加工方案的引入一方面為了能夠實現多件零件同時裝夾，同時達到降低勞動強度，提高生產效率的目的；另一方面為了擺脫成組加工過程中材料、加工程序、專用工裝、單次零件加工數量的限制，本文提出矩陣式數控加工。

1.2矩陣式數控加工可行性分析矩陣式數控加工：能夠進行相同或不同零件的同時裝夾，系統自動調用每個零件對應的加工原點和加工程序，進行多零件同時加工的方法。矩陣式數控加工的難點在于：每個零件原點坐標值的分配和不同零件間不同程序的調用問題。采用子程序化（宏程序）方案，在加工每件零件前，先由系統子程序自動將本零件的加工原點賦值到G54中，然后使用宏程序對加工程序進行調用，直至完成所有零件的所有加工程序（表2）。

1.3矩陣式數控加工存在的優勢（1）精益化多件零件的裝夾，節約裝夾時間。（2）減少零件原點找正的時間。（3）減少刀具更換的次數，減少次數為同時加工的零件的數量減一，比如同時加工10件零件，即減少9次刀具的更換。（4）減少加工程序的調用次數。（5）使用單件加工時的工裝、程序，節約了工裝和程序編制成本。（6）加工中零件的數量和零件的項目可按照生產現場的實際情況進行設置。

2等距式矩陣加工（矩陣式數控加工在粗加工中的應用）

2.1等距裝夾的實施方案（1）可調式多工位定位壓板（以下簡稱定位壓板）。結構：整體長方體。該定位壓板按結構功能區分，主要分為3個部分：兩端面設有與零件相接觸用于零件定位的基準面；中間位置設有6個使用定位銷與機床鍵槽相配合的定位精孔；一端面上表面設有區分兩定位端面的錐度面，如圖1所示。用途一：3組定位精孔到兩端面的距離共形成6組尺寸，根據零件寬度的不同，選擇1組定位孔，保證零件在寬度方向的另一側，便于裝夾。使用兩組定位壓板，可以方便保證零件的直線度要求（否則由于零件的寬度不同，造成零件寬度的另一側，零件與T型槽腔的距離過遠或者過近，都不方便壓板的裝夾）。用途二：使用定位壓板，配合百分表在機床上的等距移動，來控制多個零件間的距離，可以保證零件在相同方向上的距離相同。（2）零件在X向的定位依靠定位壓板和機床（裝有百分表）的等距移動。第一步，如圖2中等距裝夾過程圖所示，使用定位壓板，用兩個φ22的銷棒2，分別通過定位壓板1上定位孔5和定位孔7，插進機床鍵槽內，從而保證定位壓板1在長度方向上與機床鍵槽平行，并且Y向固定，然后中間定位孔6使用螺釘或拉桿3將定位壓板1進行壓緊，將百分表觸頭接觸到定位壓板1定位端面4，讀取百分表此時的讀數，從而固定了第一個定位壓板。圖3中零件1左側定位壓板，用來固定零件1的X向位置。第二步，根據零件在X向（或Y向）的間距，將機床連同百分表移動一個X向（或Y向）間距，再次使用一個定位壓板1，使用兩個φ22的銷棒2，分別通過定位壓板1上定位孔5和定位孔7，插進機床鍵槽內，從而保證定位壓板1在長度方向上與機床鍵槽平行，并且Y向固定，然后中間定位孔6使用螺釘或拉桿3將定位壓板1進行壓緊，在壓緊的同時，調整定位壓板1在X向的位置，保證百分表的讀數與記錄值相同，來保證2個定位壓板在X（或Y向）向的位置相同。根據實際加工中，X向（或Y向）上零件的數量，來設置X向（或Y向）定位壓板的數量。本案例中X向設置5組，Y向設置4組，共計20個定位零件X向的定位壓板。圖3中，零件1~20左側定位壓板。（3）零件在Y向的定位：依靠定位壓板和機床等距的鍵槽。20件零件Y向的定位，根據零件的寬度，選擇定位壓板上適當、方便零件裝夾的一組孔，所有定位壓板使用相同的一組定位孔。每個零件使用2個定位壓板，保證Y向定位和零件的直線度要求。利用等距的機床鍵槽和定位壓板來保證所有零件在Y向上的等距關系。20個零件X向和Y向使用的定位壓板如圖3所示。

2.2等距式矩陣加工方案的實施（以法那克系統為例）本文以某臺3坐標龍門銑床為例，法那克系統，機床沒有刀庫，主要解決頻繁的裝夾、刀具和程序更換。（1）等距式矩陣加工加工流程。零件的裝夾：按照等距式裝夾方案，將定位壓板裝夾好后，每個零件的X、Y向的位置，以及零件的直線度即可滿足加工要求，僅僅首次加工時進行定位壓板的裝夾，依序完成20個零件裝夾。主程序的設置：在主程序中設置第一個零件的原點坐標值，X向和Y向上零件的數量和距離，從哪件零件開始加工等信息如表3所示。主程序的調用：主程序依次按照圖3中零件的順序調用程序，進行零件的生產。第一個零件加工完成后，自動將原點坐標偏移一個零件的距離加工第二個零件。根據零件的數量，完成多次重復自動調用。當首批20個零件加工完成后，用于零件X向和Y向定位的30個定位壓板位置保持不動，僅取下用于壓緊固定的其他普通壓板，進行零件的快速換裝。（2）等距式矩陣加工程序參數介紹。加工程序的設置。對于沒有刀庫的設備而言，每一個加工程序對應一個主程序，在主程序內將當前加工程序的程序名稱輸入到參數#32中，主程序自動根據零件的加工數量N，調用N次零件的加工程序。對于擁有刀庫的設備而言，僅設置一個主程序，加工過程中僅調用一個主程序即可實現對零件加工程序的多次調用。原點坐標值的設置。首先將首件零件的加工原點X、Y、Z值找出，錄入到主程序參數#21、#22、#23中。零件加工時，主程序根據首個零件的原點坐標值和零件間X向和Y向的間距，對每個零件的原點值自動進行等距偏移，完成每個零件原點坐標值的計算和對G54的賦值工作。每次調用加工程序前，首先將對應零件的原點值賦值到G54中，保證原點值和加工程序的一一對應。零件的加工數量。根據實際生產中零件的加工數量，分別將零件的加工總數量、X向的加工數量和Y向的加工數量輸入到參數#24、#28、#26中，便于程序加工過程中對每個零件原點坐標值的計算工作。不能構成矩陣零件的加工數量。當零件加工到最后時，有可能零件的加工數量僅剩余18件，按照Y向5個進行計算，只能構成3組，形成5×3的矩陣，剩余3個無法構成矩陣，此時需要將剩余的3件輸入到參數#25中，系統自動僅僅加工5×3+3個零件。零件在X向和Y向的間距。根據實際生產中零件間的距離，分別將零件在X向的距離和Y向的距離輸入到參數#29、#27中，便于程序加工過程中對每個零件原點坐標值的計算工作。從哪件零件開始加工。現實的加工過程中，有可能會遇到停電、設備故障等因素造成加工至中途的情況發生，此時再次從首件零件開始加工，有可能會影響零件的尺寸，并耽誤大量的加工時間。此時可以將從哪一件加工的信息輸入給#31（X向）和#30（Y向）參數。比如零件加工至X向第2、Y向第3個零件，僅僅輸入#31=2、#30=3，運行程序后，程序自動從X向第2、Y向第3個零件開始加工。

2.3等距式矩陣加工的優點等距式矩陣加工優點如表4所示。（1）多件零件同時裝夾，節約了大量裝夾準備的時間，比如吊具、吊車、工具的準備、工具的統一使用。（2）原點的找正僅找第一個零件，其余19個零件的原點值通過零件間的距離進行等距偏置。（3）每把刀具交換后，一次性加工20個零件，從而節約大量的刀具交換時間，避免了暫停等待的時間。（4）每個主程序調用后，可以由主程序自動調用20次零件的加工程序，從而節約了大量程序調用時間，避免了暫停等待的時間。

2.4等距式矩陣加工的適用范圍（1）機床工作平臺必須滿足裝夾多零件的要求。（2）進行大批量生產時尤其適用。（3）僅適用于粗加工。（4）沒有工裝要求的精加工也可以應用此方案，同時加工多個相同零件，但由于加工精度的要求，必須對每個零件進行原點找正，將每個零件的原點存在對應的參數中，加工過程中有系統程序進行調用。

3非等距式矩陣加工（矩陣式數控加工在精加工中的應用）

等距式矩陣加工非常適用于多件相同零件粗加工的同時生產，但是對于有工裝要求的零件，裝夾多個意味著需要多套工裝，并且對于對原點值的精確度要求較高的精加工，以及不同零件同時加工時，等距式矩陣加工卻無法滿足要求，因此非等距式矩陣加工應運而生。

3.1非等距式矩陣加工的構思零件生產過程中經常會有以下情況發生：（1）參與矩陣加工的零件需要使用專用工裝；（2）當零件進行精加工生產時，每個零件都需要精確的原點坐標值，來保證零件的加工質量；（3）當零件的加工批量較小時，并且每項零件的加工數量不相同。上述情況下，等距式矩陣加工顯然不能夠滿足要求，因此需要非等距式矩陣加工具備以下功能。（1）允許相類似的多個零件同時裝夾、同時加工，避免對相同工裝的需求。（2）對每個零件進行原點找正，以保證精加工時零件的質量。（3）允許小批量或單件零件融入矩陣式數控加工，提高矩陣式數控加工的靈活性。（4）必須有可靠的程序、刀具、原點等加工過程的自動監控，保證零件在加工過程中質量的穩定性。

3.2非等距式矩陣加工案例分析本文以某臺5坐標臥式加工中心（簡稱設備B，西門子系統，設備帶有刀庫）為例，主要解決零件的頻繁裝夾和頻繁人為干預的問題。（1）設備B原生產模式。從裝夾到零件原點的找正、數控銑削、鏜孔、凸臺下斷，再到零件的拆卸，基本上零件生產的每個環節都需要人為干預?，F場的生產模式為：每項零件逐一完成后，再加工下一項零件，人為干預環節非常頻繁，影響生產效率的提升，造成勞動強度較大，如圖4所示。（2）非等距式矩陣加工。對系統程序進行編制，使具備以下功能，4項相似零件同時進行裝夾、原點找正、數控銑削、鏜孔、工藝凸臺下段、拆卸零件，如圖5所示。操作者僅僅調用一個主程序，由主程序控制零件的加工順序和原點坐標的偏置，依次完成4項零件的生產。（3）采用矩陣式數控加工后的成效。此4項零件使用矩陣式數控加工后，絕大部分數控銑削時間在晚上完成，每天早上接班時，數控銑削完成，操作人員進行鏜孔、工藝凸臺下段、裝夾零件、原點找正等，將4項零件的人工干預項集中完成后，便可以進行19h無人工干預數控自動銑削，如圖6所示。

3.3非等距式矩陣數控加工的優勢（1）主程序。現場生產中，僅啟動一個主程序即可進入矩陣式數控加工，由設備系統子程序來控制每個零件原點的賦值和零件加工程序的調用順序，主程序如表5所示。（2）安全保障體系。為了保障零件數控加工過程的安全和可靠運行，在系統中設置了程序防調錯系統、刀具防錯系統、原點防錯系統等，系統一旦檢查出某一個環節出現問題，便立即停止加工，避免給零件和設備帶來隱患。（3）靈活性保障體系。加工過程中，僅啟動如表5所示一個主程序即可進入矩陣式數控加工，每個零件原點的設置和程序的調用順序由預先編制好的系統程序來保證完成；允許4項、3項或2項零件同時進行矩陣式數控加工；中止某項零件的生產：將需要中止的零件加工數量修改為0后，在保持其余零件加工的同時，便可中止加工此項零件的生產；從中斷處開始加工：當設備故障、廠房暫停電等造成停工后，重新開啟機床加工，此時系統自動記錄當前加工的零件和加工的工步程序，復查狀態正確后，僅啟動當前主程序，由系統自動搜索程序加工的位置，系統自動從中斷處開始加工零件；當每個矩陣式加工中的每個零件工步設置與每個工步刀具相同時，矩陣式數控加工方案就可以按照工步優先的原則，將所有零件的同一個工步加工完成后，再加工下一個工步，以便減少刀具的更換次數。

4結束語

通過多件相同（或不同）零件的集中裝夾，系統自動對原點坐標值進行設置，以及自動調用零件加工程序，完成相同（或不同）多個零件的自動加工。在充分利用機床工作臺面的同時，節約大量的裝夾、找原點、換刀以及調用程序時間，達到降低勞動強度、提高生產效率、增加設備效能的目的。

作者：趙中剛黃果單位：中航工業成都飛機工業（集團）有限責任公司數控加工廠