林樹(shù)海，寧秀月，王永明，吳海艦

( 沈機(jī)集團(tuán)昆明機(jī)床股份有限公司，云南昆明650203)

某公司在用數(shù)控導(dǎo)軌磨床磨削工作臺(tái)大面及床身、立柱、拖板的導(dǎo)軌面時(shí)，工藝及設(shè)計(jì)對(duì)這些零件均有一定的中凹或中凸要求，以便機(jī)床裝配或使用時(shí)滿足各項(xiàng)性能的要求。對(duì)于一些厚度相對(duì)較小的零件，可以采用傳統(tǒng)的預(yù)變形方式磨削，即在加工時(shí)，預(yù)先把零件中部頂起或壓下去，產(chǎn)生一定的預(yù)變形，然后磨削，磨削完工后，工件表面為一平面，當(dāng)拆除外加的力時(shí)，工件即變形為所需的凹凸形狀。這種方式能夠解決一小部分零件的加工要求，而對(duì)于那些厚度較大、剛性好的零件，不易采用這種辦法，而且采用預(yù)變形的方式嚴(yán)重依賴操作者的個(gè)人能力及經(jīng)驗(yàn)，極難準(zhǔn)確掌握和控制加工精度，所以零件質(zhì)量不可控［1］。

由于數(shù)控磨床 (如數(shù)控平磨和數(shù)控導(dǎo)軌磨床(見(jiàn)圖1))與一般鏜銑類(lèi)機(jī)床三軸以上的聯(lián)動(dòng)方式不一樣，工作臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立控制的，不能與砂輪聯(lián)合控制，砂輪(磨頭)只能兩軸聯(lián)動(dòng)，即橫向z 軸和高度方向y 軸聯(lián)動(dòng)(一般砂輪橫向移動(dòng)為z 軸，砂輪高度方向移動(dòng)為y 軸，工作臺(tái)前后移動(dòng)為x 軸［2］)，而曲面磨削砂輪必須要與工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)，因此不能采用通常的數(shù)控編程軟件實(shí)現(xiàn)曲面磨削。作者編制一個(gè)專(zhuān)用軟件，利用軟件自動(dòng)生成數(shù)控程序，使磨頭與工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)近似實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，從而解決此問(wèn)題。

圖1 導(dǎo)軌磨床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)示意圖

1 編程思路

輸入(獲取)機(jī)床的工藝數(shù)據(jù):工作臺(tái)移動(dòng)速度或單行程時(shí)間，工作臺(tái)移動(dòng)范圍(長(zhǎng))，砂輪橫向移動(dòng)范圍 (寬)，砂輪進(jìn)給速度，零件大小 (長(zhǎng)，寬)，中凹(中凸)要求，并加入圖形修正參數(shù)。中凹(中凸)采用正弦曲線(根據(jù)需要，也可為其他曲線)，根據(jù)機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算出某一時(shí)間點(diǎn)砂輪在零件表面的位置，并通過(guò)軟件自動(dòng)計(jì)算出磨削過(guò)程中每一點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)及相應(yīng)點(diǎn)的進(jìn)給速度，輸出為一個(gè)程序文件，操作者再根據(jù)各機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)人工輸入程序的開(kāi)始和結(jié)尾及一些工藝參數(shù)完善一下數(shù)控程序即可，也可以把它作為一個(gè)子程序來(lái)調(diào)用(例如在西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)中，作為主程序用時(shí)采用“M30”結(jié)尾，作為子程序用時(shí)采用“M17”結(jié)尾)［3］。

2 編程環(huán)境

采用的編程環(huán)境為Visual FoxPro 9.0，編譯后的軟件可以在WIN9X、XP、WIN7 等各類(lèi)32 位系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行。作者對(duì)直線度和平面度的可控中凹/凸磨削做了分析和軟件的編制，并集成在一個(gè)軟件里，分成不同的模塊，軟件內(nèi)有使用說(shuō)明(“Help”菜單)。下面重點(diǎn)介紹直線度的可控中凹(中凸)磨削軟件的編程原理及思路。

3 編程原理

3.1 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)工作環(huán)境及參數(shù)單位

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)坐標(biāo)系采用笛卡爾直角坐標(biāo)系，采用公制即毫米(mm)為編程單位，輸入的長(zhǎng)度及行程參數(shù)單位采用毫米 (mm)，時(shí)間單位為分鐘(min)，機(jī)床及砂輪進(jìn)給率由用戶選擇，可為毫米/分鐘(mm/min)，也可為時(shí)間的倒數(shù)(1/min)。

3.2 要輸入數(shù)據(jù)的變量及含義

LL 為零件長(zhǎng)，H 為零件中凹/凸值，L 為機(jī)床工作臺(tái)行程，v1為機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，T1為機(jī)床工作臺(tái)單行程時(shí)間，XZH 為中凹/凸修正值，XZXS 為中凹/凸修正系數(shù)，Y0為砂輪初始高度坐標(biāo)，軸名為砂輪高度軸名(為“XYZ”之一)，QYCD 為坐標(biāo)數(shù)據(jù)采樣長(zhǎng)度(注:數(shù)據(jù)不宜過(guò)密，因?yàn)橄噜弮牲c(diǎn)坐標(biāo)小于0.001 mm，則數(shù)控系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別，所以軟件內(nèi)要給出檢測(cè)和提醒以及自動(dòng)修正)。

3.3 部分中間變量及含義

DL 為砂輪相對(duì)工作臺(tái)的即時(shí)位置;

HH 為在加工范圍內(nèi)換算的中凹/凸值(因加工范圍大于零件尺寸);

DY 為砂輪瞬時(shí)相對(duì)基準(zhǔn)平面的高度;

軸1 (Y)為砂輪瞬時(shí)高度坐標(biāo);

DT 為機(jī)床通過(guò)一個(gè)取樣長(zhǎng)度是需要的時(shí)間;

DF 為砂輪在每一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)的即時(shí)進(jìn)給量。

3.4 程序數(shù)學(xué)模型及原理

零件的凸/凹軌跡曲線決定采用正弦函數(shù)曲線:以零件長(zhǎng)度中間點(diǎn)為軌跡曲線最低/高點(diǎn)，以零件長(zhǎng)度兩端頭為基準(zhǔn)。而實(shí)際加工(磨削)時(shí)，因零件和機(jī)床的工藝系統(tǒng)存在受力變形的問(wèn)題，因此實(shí)際的凸/凹值還要加上一個(gè)修正值(XZH)。

另外機(jī)床實(shí)際磨削行程要大于零件的長(zhǎng)度(有反向沖程)，因此在機(jī)床運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)的實(shí)際凸/凹值還要和零件長(zhǎng)度有一個(gè)比例關(guān)系;根據(jù)實(shí)際需要，零件凸/凹軌跡曲線的曲率還要可適當(dāng)調(diào)整，因此，還要為曲率增加一個(gè)修正系數(shù)(XZXS);砂輪在零件表面各點(diǎn)的高度坐標(biāo)，應(yīng)該為各點(diǎn)的凸/凹值加上零件基準(zhǔn)表面的初始坐標(biāo);砂輪所處在零件表面的位置由機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度和經(jīng)過(guò)的時(shí)間來(lái)算出;砂輪在每一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)的即時(shí)進(jìn)給量為一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)的高度差與機(jī)床通過(guò)一個(gè)取樣長(zhǎng)度時(shí)需要的時(shí)間的比值，如果程序內(nèi)進(jìn)給率要采用時(shí)間的倒數(shù)，則砂輪的即時(shí)進(jìn)給率就為1/DT。根據(jù)以上原則，確定的程序數(shù)學(xué)模型如下:

換算為在加工范圍內(nèi)的中凹/凸值

砂輪瞬時(shí)相對(duì)基準(zhǔn)平面的高度(函數(shù)周期為π)

砂輪瞬時(shí)高度坐標(biāo)

3.5 程序關(guān)鍵計(jì)算部分

根據(jù)確定的程序數(shù)學(xué)模型，可以編程計(jì)算出砂輪在零件表面上行程內(nèi)各點(diǎn)的高度坐標(biāo)及與機(jī)床相匹配的砂輪進(jìn)給量，轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序代碼后保存到臨時(shí)變量里，供顯示和編輯窗口調(diào)用。各相鄰兩點(diǎn)間的距離采用取樣長(zhǎng)度，其中砂輪進(jìn)給量為相鄰兩點(diǎn)間的高度差與機(jī)床移動(dòng)過(guò)取樣長(zhǎng)度的時(shí)間的比值。關(guān)鍵計(jì)算部分［4－5］如下:

DY1 =0//用于計(jì)算時(shí)存儲(chǔ)上一點(diǎn)的高度坐標(biāo)

For DL=1 To L Step QYCD//以取樣長(zhǎng)度為間隔，計(jì)算每一段的砂輪瞬時(shí)坐標(biāo)及速度

DY= －HH* (Sin (Pi ()* (DL/L)))*＊ (XZXS+1)//砂輪瞬時(shí)相對(duì)高度坐標(biāo)

軸1 =DY+Y0//砂輪瞬時(shí)高度坐標(biāo)

IF 進(jìn)給= “mm/min”

DF=ABS (DY －DY1)/DT//砂輪進(jìn)給速度，DY－DY0 =相鄰兩點(diǎn)的高度差

DY1 =DY//存儲(chǔ)上一點(diǎn)的高度坐標(biāo)

ELSE//進(jìn)給= “1/min”

DF= 1/DT

ENDIF

數(shù)據(jù)=軸名+Alltrim (Str (Int (軸1* 1 000)/1 000，10，3)) +" F" + Alltrim (Str (Int (DF*1 000)/1 000，10，3))//將要保存的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序代碼段

臨時(shí)保存變量= 臨時(shí)保存變量+ 數(shù)據(jù)+ Chr(13) +Chr (10)//將數(shù)控程序代碼段合并成數(shù)控程序文件并保存到臨時(shí)變量里，chr (13) + chr

(10)為DOS 下的換行符

ENDFOR

3.6 數(shù)據(jù)保存部分關(guān)鍵程序

鼠標(biāo)點(diǎn)擊保存按鈕后，軟件會(huì)彈出文件保存窗口，經(jīng)用戶選擇或輸入文件名后，把保存到臨時(shí)變量里的數(shù)控程序保存到文件中，供用戶調(diào)用和修改、編輯。數(shù)據(jù)保存功能的部分關(guān)鍵程序如下:

FILENAME = Putfile (" 選擇保存路徑及文件名!"，Dtoc (Date ()) + " _ " + Alltrim (Str(Int (Seconds ())))，" txt;nc")//選擇或輸入要保存的文件名

gnFile = Fcreate (FILENAME)//打開(kāi)文件，如果不存在，就自動(dòng)創(chuàng)建它

=Fwrite (gnFile ，臨時(shí)保存變量)//將轉(zhuǎn)換的數(shù)控程序?qū)懭胛募?/p>

=Fclose (gnFile )//關(guān)閉文件［4－5］

其他功能(繪圖功能，幫助說(shuō)明功能)(略)。

4 生成的程序使用方法

生成的程序還要由操作者再根據(jù)各機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)人工輸入程序的開(kāi)始和結(jié)尾及一些工藝參數(shù)才成為一個(gè)完整的數(shù)控程序，也可以把它作為一個(gè)子程序來(lái)調(diào)用(例如在西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)中，作為主程序用時(shí)采用“M30”結(jié)尾，作為子程序用時(shí)采用“M17”結(jié)尾);因砂輪與機(jī)床工作臺(tái)不能聯(lián)動(dòng)，要控制機(jī)床運(yùn)行到端頭時(shí)才能啟動(dòng)程序。通過(guò)輸入(變換)不同的坐標(biāo)軸，可以準(zhǔn)確控制磨削頂面(如圖1 中面A)、側(cè)面(如圖1 中面B、C)，底面的直線度(如圖2 中面D、E)。

圖2 某龍門(mén)銑橫梁示意圖

5 程序界面及實(shí)例

例如某4 000 mm 長(zhǎng)的床身零件，某導(dǎo)軌面中凸要求為0.05 mm，軟件輸入界面及生成的坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件如圖3 所示。

圖3 程序界面及實(shí)例

生成的數(shù)控程序略。

還可以根據(jù)一些典型零件規(guī)格及凹凸要求，生成一些典型程序，再輔以機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的坐標(biāo)比例縮放功能，讓生成的典型程序適用于更多零件的磨削加工。這樣既滿足加工要求，又減少程序數(shù)量，從而減少程序編制時(shí)間，提高加工效率。

6 結(jié)論

提供了一種實(shí)現(xiàn)可控外形數(shù)控磨削的方法和思路，間接地實(shí)現(xiàn)了非聯(lián)動(dòng)軸的聯(lián)動(dòng)控制，解決了厚度和尺寸較大零件加工時(shí)需要預(yù)變形的難題。此外，對(duì)于磨床橫梁變形，精度喪失，導(dǎo)致加工精度難以保證的情況可以通過(guò)該編程軟件進(jìn)行反向修正，從而保證加工精度;而且，在零件平面呈大彎曲的時(shí)候，也可以通過(guò)該編程軟件修正?？傊撥浖猛緩V泛，使用方便，具有良好的實(shí)用價(jià)值和借鑒意義，同時(shí)歡迎廣大讀者朋友不吝指正。

【1】李新生.機(jī)械加工技術(shù)基礎(chǔ)［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

【2】吳祖育，秦鵬.數(shù)控機(jī)床［M］.2 版.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，1998.

【3】西門(mén)子840D 編程說(shuō)明書(shū)(高級(jí)部分)［M］. 西門(mén)子公司，2004.

【4】張微微，周峰.Visual FoxPro 9.0 數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)與實(shí)踐教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

【5】李子豐. Visual Foxpro 程序設(shè)計(jì)［M］. 北京:科學(xué)出版社，2010.

【6】黃天銘.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，1988.

【7】全國(guó)技術(shù)切削機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 5288-2007龍門(mén)導(dǎo)軌磨床精度檢驗(yàn)［S］. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.