矩阵式数控加工论文范文

1矩阵式数控加工

1.1矩阵式数控加工方案的引入一方面为了能够实现多件零件同时装夹，同时达到降低劳动强度，提高生产效率的目的；另一方面为了摆脱成组加工过程中材料、加工程序、专用工装、单次零件加工数量的限制，本文提出矩阵式数控加工。

1.2矩阵式数控加工可行性分析矩阵式数控加工：能够进行相同或不同零件的同时装夹，系统自动调用每个零件对应的加工原点和加工程序，进行多零件同时加工的方法。矩阵式数控加工的难点在于：每个零件原点坐标值的分配和不同零件间不同程序的调用问题。采用子程序化（宏程序）方案，在加工每件零件前，先由系统子程序自动将本零件的加工原点赋值到G54中，然后使用宏程序对加工程序进行调用，直至完成所有零件的所有加工程序（表2）。

1.3矩阵式数控加工存在的优势（1）精益化多件零件的装夹，节约装夹时间。（2）减少零件原点找正的时间。（3）减少刀具更换的次数，减少次数为同时加工的零件的数量减一，比如同时加工10件零件，即减少9次刀具的更换。（4）减少加工程序的调用次数。（5）使用单件加工时的工装、程序，节约了工装和程序编制成本。（6）加工中零件的数量和零件的项目可按照生产现场的实际情况进行设置。

2等距式矩阵加工（矩阵式数控加工在粗加工中的应用）

2.1等距装夹的实施方案（1）可调式多工位定位压板（以下简称定位压板）。结构：整体长方体。该定位压板按结构功能区分，主要分为3个部分：两端面设有与零件相接触用于零件定位的基准面；中间位置设有6个使用定位销与机床键槽相配合的定位精孔；一端面上表面设有区分两定位端面的锥度面，如图1所示。用途一：3组定位精孔到两端面的距离共形成6组尺寸，根据零件宽度的不同，选择1组定位孔，保证零件在宽度方向的另一侧，便于装夹。使用两组定位压板，可以方便保证零件的直线度要求（否则由于零件的宽度不同，造成零件宽度的另一侧，零件与T型槽腔的距离过远或者过近，都不方便压板的装夹）。用途二：使用定位压板，配合百分表在机床上的等距移动，来控制多个零件间的距离，可以保证零件在相同方向上的距离相同。（2）零件在X向的定位依靠定位压板和机床（装有百分表）的等距移动。第一步，如图2中等距装夹过程图所示，使用定位压板，用两个φ22的销棒2，分别通过定位压板1上定位孔5和定位孔7，插进机床键槽内，从而保证定位压板1在长度方向上与机床键槽平行，并且Y向固定，然后中间定位孔6使用螺钉或拉杆3将定位压板1进行压紧，将百分表触头接触到定位压板1定位端面4，读取百分表此时的读数，从而固定了第一个定位压板。图3中零件1左侧定位压板，用来固定零件1的X向位置。第二步，根据零件在X向（或Y向）的间距，将机床连同百分表移动一个X向（或Y向）间距，再次使用一个定位压板1，使用两个φ22的销棒2，分别通过定位压板1上定位孔5和定位孔7，插进机床键槽内，从而保证定位压板1在长度方向上与机床键槽平行，并且Y向固定，然后中间定位孔6使用螺钉或拉杆3将定位压板1进行压紧，在压紧的同时，调整定位压板1在X向的位置，保证百分表的读数与记录值相同，来保证2个定位压板在X（或Y向）向的位置相同。根据实际加工中，X向（或Y向）上零件的数量，来设置X向（或Y向）定位压板的数量。本案例中X向设置5组，Y向设置4组，共计20个定位零件X向的定位压板。图3中，零件1~20左侧定位压板。（3）零件在Y向的定位：依靠定位压板和机床等距的键槽。20件零件Y向的定位，根据零件的宽度，选择定位压板上适当、方便零件装夹的一组孔，所有定位压板使用相同的一组定位孔。每个零件使用2个定位压板，保证Y向定位和零件的直线度要求。利用等距的机床键槽和定位压板来保证所有零件在Y向上的等距关系。20个零件X向和Y向使用的定位压板如图3所示。

2.2等距式矩阵加工方案的实施（以法那克系统为例）本文以某台3坐标龙门铣床为例，法那克系统，机床没有刀库，主要解决频繁的装夹、刀具和程序更换。（1）等距式矩阵加工加工流程。零件的装夹：按照等距式装夹方案，将定位压板装夹好后，每个零件的X、Y向的位置，以及零件的直线度即可满足加工要求，仅仅首次加工时进行定位压板的装夹，依序完成20个零件装夹。主程序的设置：在主程序中设置第一个零件的原点坐标值，X向和Y向上零件的数量和距离，从哪件零件开始加工等信息如表3所示。主程序的调用：主程序依次按照图3中零件的顺序调用程序，进行零件的生产。第一个零件加工完成后，自动将原点坐标偏移一个零件的距离加工第二个零件。根据零件的数量，完成多次重复自动调用。当首批20个零件加工完成后，用于零件X向和Y向定位的30个定位压板位置保持不动，仅取下用于压紧固定的其他普通压板，进行零件的快速换装。（2）等距式矩阵加工程序参数介绍。加工程序的设置。对于没有刀库的设备而言，每一个加工程序对应一个主程序，在主程序内将当前加工程序的程序名称输入到参数#32中，主程序自动根据零件的加工数量N，调用N次零件的加工程序。对于拥有刀库的设备而言，仅设置一个主程序，加工过程中仅调用一个主程序即可实现对零件加工程序的多次调用。原点坐标值的设置。首先将首件零件的加工原点X、Y、Z值找出，录入到主程序参数#21、#22、#23中。零件加工时，主程序根据首个零件的原点坐标值和零件间X向和Y向的间距，对每个零件的原点值自动进行等距偏移，完成每个零件原点坐标值的计算和对G54的赋值工作。每次调用加工程序前，首先将对应零件的原点值赋值到G54中，保证原点值和加工程序的一一对应。零件的加工数量。根据实际生产中零件的加工数量，分别将零件的加工总数量、X向的加工数量和Y向的加工数量输入到参数#24、#28、#26中，便于程序加工过程中对每个零件原点坐标值的计算工作。不能构成矩阵零件的加工数量。当零件加工到最后时，有可能零件的加工数量仅剩余18件，按照Y向5个进行计算，只能构成3组，形成5×3的矩阵，剩余3个无法构成矩阵，此时需要将剩余的3件输入到参数#25中，系统自动仅仅加工5×3+3个零件。零件在X向和Y向的间距。根据实际生产中零件间的距离，分别将零件在X向的距离和Y向的距离输入到参数#29、#27中，便于程序加工过程中对每个零件原点坐标值的计算工作。从哪件零件开始加工。现实的加工过程中，有可能会遇到停电、设备故障等因素造成加工至中途的情况发生，此时再次从首件零件开始加工，有可能会影响零件的尺寸，并耽误大量的加工时间。此时可以将从哪一件加工的信息输入给#31（X向）和#30（Y向）参数。比如零件加工至X向第2、Y向第3个零件，仅仅输入#31=2、#30=3，运行程序后，程序自动从X向第2、Y向第3个零件开始加工。

2.3等距式矩阵加工的优点等距式矩阵加工优点如表4所示。（1）多件零件同时装夹，节约了大量装夹准备的时间，比如吊具、吊车、工具的准备、工具的统一使用。（2）原点的找正仅找第一个零件，其余19个零件的原点值通过零件间的距离进行等距偏置。（3）每把刀具交换后，一次性加工20个零件，从而节约大量的刀具交换时间，避免了暂停等待的时间。（4）每个主程序调用后，可以由主程序自动调用20次零件的加工程序，从而节约了大量程序调用时间，避免了暂停等待的时间。

2.4等距式矩阵加工的适用范围（1）机床工作平台必须满足装夹多零件的要求。（2）进行大批量生产时尤其适用。（3）仅适用于粗加工。（4）没有工装要求的精加工也可以应用此方案，同时加工多个相同零件，但由于加工精度的要求，必须对每个零件进行原点找正，将每个零件的原点存在对应的参数中，加工过程中有系统程序进行调用。

3非等距式矩阵加工（矩阵式数控加工在精加工中的应用）

等距式矩阵加工非常适用于多件相同零件粗加工的同时生产，但是对于有工装要求的零件，装夹多个意味着需要多套工装，并且对于对原点值的精确度要求较高的精加工，以及不同零件同时加工时，等距式矩阵加工却无法满足要求，因此非等距式矩阵加工应运而生。

3.1非等距式矩阵加工的构思零件生产过程中经常会有以下情况发生：（1）参与矩阵加工的零件需要使用专用工装；（2）当零件进行精加工生产时，每个零件都需要精确的原点坐标值，来保证零件的加工质量；（3）当零件的加工批量较小时，并且每项零件的加工数量不相同。上述情况下，等距式矩阵加工显然不能够满足要求，因此需要非等距式矩阵加工具备以下功能。（1）允许相类似的多个零件同时装夹、同时加工，避免对相同工装的需求。（2）对每个零件进行原点找正，以保证精加工时零件的质量。（3）允许小批量或单件零件融入矩阵式数控加工，提高矩阵式数控加工的灵活性。（4）必须有可靠的程序、刀具、原点等加工过程的自动监控，保证零件在加工过程中质量的稳定性。

3.2非等距式矩阵加工案例分析本文以某台5坐标卧式加工中心（简称设备B，西门子系统，设备带有刀库）为例，主要解决零件的频繁装夹和频繁人为干预的问题。（1）设备B原生产模式。从装夹到零件原点的找正、数控铣削、镗孔、凸台下断，再到零件的拆卸，基本上零件生产的每个环节都需要人为干预。现场的生产模式为：每项零件逐一完成后，再加工下一项零件，人为干预环节非常频繁，影响生产效率的提升，造成劳动强度较大，如图4所示。（2）非等距式矩阵加工。对系统程序进行编制，使具备以下功能，4项相似零件同时进行装夹、原点找正、数控铣削、镗孔、工艺凸台下段、拆卸零件，如图5所示。操作者仅仅调用一个主程序，由主程序控制零件的加工顺序和原点坐标的偏置，依次完成4项零件的生产。（3）采用矩阵式数控加工后的成效。此4项零件使用矩阵式数控加工后，绝大部分数控铣削时间在晚上完成，每天早上接班时，数控铣削完成，操作人员进行镗孔、工艺凸台下段、装夹零件、原点找正等，将4项零件的人工干预项集中完成后，便可以进行19h无人工干预数控自动铣削，如图6所示。

3.3非等距式矩阵数控加工的优势（1）主程序。现场生产中，仅启动一个主程序即可进入矩阵式数控加工，由设备系统子程序来控制每个零件原点的赋值和零件加工程序的调用顺序，主程序如表5所示。（2）安全保障体系。为了保障零件数控加工过程的安全和可靠运行，在系统中设置了程序防调错系统、刀具防错系统、原点防错系统等，系统一旦检查出某一个环节出现问题，便立即停止加工，避免给零件和设备带来隐患。（3）灵活性保障体系。加工过程中，仅启动如表5所示一个主程序即可进入矩阵式数控加工，每个零件原点的设置和程序的调用顺序由预先编制好的系统程序来保证完成；允许4项、3项或2项零件同时进行矩阵式数控加工；中止某项零件的生产：将需要中止的零件加工数量修改为0后，在保持其余零件加工的同时，便可中止加工此项零件的生产；从中断处开始加工：当设备故障、厂房暂停电等造成停工后，重新开启机床加工，此时系统自动记录当前加工的零件和加工的工步程序，复查状态正确后，仅启动当前主程序，由系统自动搜索程序加工的位置，系统自动从中断处开始加工零件；当每个矩阵式加工中的每个零件工步设置与每个工步刀具相同时，矩阵式数控加工方案就可以按照工步优先的原则，将所有零件的同一个工步加工完成后，再加工下一个工步，以便减少刀具的更换次数。

4结束语

通过多件相同（或不同）零件的集中装夹，系统自动对原点坐标值进行设置，以及自动调用零件加工程序，完成相同（或不同）多个零件的自动加工。在充分利用机床工作台面的同时，节约大量的装夹、找原点、换刀以及调用程序时间，达到降低劳动强度、提高生产效率、增加设备效能的目的。

作者：赵中刚黄果单位：中航工业成都飞机工业（集团）有限责任公司数控加工厂