中國航空工業(yè)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所 (遼寧 110015)王 博 高凱龍

我們通過UG 中的加工模塊得到M114 格式的數(shù)控程序如下:

這段程序中從第464 句開始，我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上XY 坐標(biāo)的變化很小，每個(gè)軸的變化ΔX=0.001mm，ΔY=0.005mm，這時(shí)C 軸的變化Δα=0.104mm，我們抽取其中線框中的兩句，通過計(jì)算可以看一下:

轉(zhuǎn)角半徑:r=(X2+Y2)1/2=407.479 (mm)

線性軸位移:Δl=(ΔX2+ΔY2)1/2=0.003 2mm

線性軸進(jìn)給率F:300mm/min

兩句間運(yùn)行時(shí)間:t=Δl/F=1.054×10-5(min)

C 軸轉(zhuǎn)角線位移:Δlα=Δα×2×π×r/360=0.471 (mm)

C 軸轉(zhuǎn)角速率:Fc=Δα/t=9 866.306 3 (°/min)

C 軸轉(zhuǎn)角線速度:v=Fc×2/×πr/360=70 167.691 (mm/min)，合70m/min

由此我們可以看出，此時(shí)工件的加工表面就是在以快進(jìn)的速度在工作，盡管實(shí)際刀具的移動(dòng)距離不是很大，但是由于運(yùn)動(dòng)時(shí)間很小，刀具承受不住這么大的進(jìn)給速率，因此會(huì)發(fā)生破壞，導(dǎo)致斷掉。

(2)M128 格式引發(fā)問題的分析 我們觀察一下M114 格式下的刀具軌跡，會(huì)發(fā)現(xiàn)，他和我們在加工現(xiàn)場的刀具的移動(dòng)是完全一致的。在加工圓弧表面的時(shí)候，在一個(gè)切削Z 值的高度上，刀具基本停留在一個(gè)點(diǎn)上，由工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，使得刀具完全切削到所需要切掉的工件部分。這種切削方式同我們手工編程所期望的刀具移動(dòng)方式是同一種方式。加工方式如圖6 所示。

但是，同樣是圖5 中的文件，我們先在UG 下生成刀位文件，也稱CLSF 文件，再用西北工業(yè)大學(xué)數(shù)控實(shí)驗(yàn)室提供的后處理軟件進(jìn)行處理，得到如下M128 格式下的數(shù)控程序:

圖6

我們通過觀察并與M114 格式下的刀位點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在有A、C 軸轉(zhuǎn)角的地方，角度數(shù)據(jù)是一樣的，但是在加工圓弧表面時(shí)，XY 的數(shù)值變化還是比較大的，但是角度變化不大。同樣抽取相鄰兩句的ΔX=0.399mm，ΔY=0.617mm，Δα=0.104mm 我們進(jìn)行分析計(jì)算:

轉(zhuǎn)角半徑:r=(X2+Y2)1/2=407.479 (mm)

線性軸進(jìn)給率:F=300 (mm/min)

線性軸位移:Δl=(ΔX2+ΔY2)1/2=0.735 (mm)

兩句間運(yùn)行時(shí)間:t=Δl/F=2.449×10-3(min)

C 軸轉(zhuǎn)角速率:Fc=Δc/t=42.462 (°/min)

C 軸轉(zhuǎn)角線速度:v=Fc×2×π×r/360=301.984 (mm/min)

我們明顯可以看出，C 軸轉(zhuǎn)角線速度301.984mm/min 很接近于線性軸進(jìn)給速率300mm/min，因此刀具在加工過程中是不會(huì)發(fā)生折斷事故的。

同時(shí)通過觀察M128 格式的數(shù)控程序，我們發(fā)現(xiàn)，M128 中的刀位點(diǎn)是工件在不進(jìn)行任何旋轉(zhuǎn)的情況下先列出各個(gè)要加工點(diǎn)的XYZ 坐標(biāo)，然后加上刀具軸線與各坐標(biāo)軸的夾角來實(shí)現(xiàn)的。在UG 中，首先，軟件計(jì)算刀具的實(shí)際位置，生成的是UG 的內(nèi)部刀軌，在轉(zhuǎn)化成CLSF 格式的時(shí)候經(jīng)過一次變換計(jì)算(這體現(xiàn)在目錄下的.tcl 和.def 文件中)，我們再用軟件讀入CLSF 文件，轉(zhuǎn)換計(jì)算出M128 格式的文件，總共經(jīng)歷了兩次轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出計(jì)算，勢必要有精度損失。好在我們的數(shù)控機(jī)床現(xiàn)在還沒有需要加工到精確到0.001mm 的工件，工程上真正那么精確的也不多，因此可以忽略不計(jì)了。

5.解決問題的辦法

那么，是不是UCP1350 就不能應(yīng)用M114 格式進(jìn)行正確運(yùn)行呢?M114 格式的文件是由刀具實(shí)際位置直接轉(zhuǎn)化出來的，是與CLSF 文件處在同一級(jí)別上的文件，僅經(jīng)歷了一次的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出過程計(jì)算。從我們對(duì)上面M114 格式問題的分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)癥在于進(jìn)給速率上。如果在加工圓弧表面的時(shí)候，我們把線性軸的進(jìn)給速率調(diào)低，那么是否問題就能夠解決了呢?我們從轉(zhuǎn)角線速度反推:

轉(zhuǎn)角半徑:r=(X2+Y2)1/2=407.479 (mm)

C 軸轉(zhuǎn)角線位移:Δlα=Δα×2×π×r/360=0.471 (mm)

令C 軸轉(zhuǎn)角線速度:v=Fc×2×π×r/360=300 (mm/min)

兩句間運(yùn)行時(shí)間:t=Δlα/v=1.57×10-3(min)

線性軸位移:Δl=(ΔX2+ΔY2)1/2=0.003 2 (mm)

線性軸進(jìn)給率:F=Δl/t=2.038mm/min

因此，如果想要運(yùn)行M114 格式的數(shù)控程序，就要在有類似的圓弧加工表面的程序段中調(diào)整線性進(jìn)給率，就能夠不發(fā)生加工事故了。但是這需要實(shí)際在機(jī)床上運(yùn)行觀察后才能確定。我們經(jīng)過驗(yàn)證，把相應(yīng)的進(jìn)給速度調(diào)到2.5mm/min，運(yùn)行機(jī)床證實(shí)是可行的。對(duì)于不同的程序加工的位置，我們需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，不能僅僅依靠機(jī)器或軟件來完成，必須對(duì)于具體問題進(jìn)行具體的分析。那么，能否在后置處理中我們實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速率的隨時(shí)調(diào)整呢?答案是肯定的。在UG 的Post Builder 中，我們找到了解決辦法。在PostBuilder 中的Program＆ToolPath 頁面的Program 子頁面中的Motion 選項(xiàng)里，我們加入了一條命令:，如圖7 所示。

圖7

此命令是筆者經(jīng)過長時(shí)間的摸索驗(yàn)證出來的，目的就是控制進(jìn)給率的值。這個(gè)命令調(diào)用的是一個(gè)子程序。子程序的內(nèi)容概括出來就是:

設(shè)置與上一點(diǎn)的角度差為Δd，設(shè)置與上一點(diǎn)的距離為Δl，設(shè)置旋轉(zhuǎn)半徑為r，設(shè)置實(shí)際加工進(jìn)給值為F，名義加工進(jìn)給為F1，各變量的關(guān)系如下:

實(shí)際線性加工時(shí)間T=Δl/F;

弧長Δh=2·π·r·Δd/360;

實(shí)際圓弧加工時(shí)間T1=Δh/F1;

在實(shí)際加工過程中，線性加工時(shí)間與圓弧加工時(shí)間是必須相等的，因此，經(jīng)過推導(dǎo)，得出名義進(jìn)給F1=π·r·Δd·F/ (180×Δl)。

同時(shí)，要避免出現(xiàn)僅僅給出角度值而不出現(xiàn)線性軸坐標(biāo)的點(diǎn)。因?yàn)榇朔N情況下，與上一點(diǎn)的線性距離是零，則運(yùn)行時(shí)間也應(yīng)該為零，C 軸不管多么小的角度差，要在零時(shí)間的情況下運(yùn)行到位，只有快速進(jìn)給。因此也會(huì)使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)竄動(dòng)。解決的辦法就是如果線性軸輸出與上一點(diǎn)相同的話，角度值就不輸出。

加入了如此命令的后處理程序，處理出來的程序如下，只要有C 軸的輸出，就會(huì)判斷輸出的名義進(jìn)給值F1，保證機(jī)床的運(yùn)行平穩(wěn)。

6.結(jié)語

對(duì)于引進(jìn)的設(shè)備，我們應(yīng)該在說明手冊的指導(dǎo)下進(jìn)行廣泛的試驗(yàn)，在保證安全的前提下充分開發(fā)機(jī)床的功能，以提高我們的加工能力和工藝技術(shù)能力，為滿足科研生產(chǎn)任務(wù)的越來越高的要求。任何一款軟件，都不可能是萬能的。作為一名合格的數(shù)控編程人員，必須在充分了解機(jī)床特性和變成軟件的基礎(chǔ)上，認(rèn)真嚴(yán)肅的分析軟件程序，讀懂刀位軌跡，并且在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候要進(jìn)行手工修改，以求滿足我們的需要。另外，就是要細(xì)致耐心地研究分析機(jī)床的每一次不符合我們的意愿的事件，從中總結(jié)出最符合我們的工作習(xí)慣，最能發(fā)揮機(jī)床性能的操作和編程經(jīng)驗(yàn)，以提高我們的技術(shù)水平，提高我們的核心技術(shù)競爭力。 (全文完)