■南車戚墅堰機(jī)車有限公司 （江蘇常州 213000）

舒 森 汪玉娟 曾永青

在實(shí)際生產(chǎn)中，常常會(huì)遇到零件需要在其多個(gè)角度面上進(jìn)行加工，當(dāng)產(chǎn)品不同且需在同一臺(tái)機(jī)床上時(shí)，則要在更多的角度上進(jìn)行加工，研究其通用的編程方法意義重大。隨之?dāng)?shù)控程序的合理性、可維護(hù)性、通用性等方面的要求也越來越高。實(shí)際生產(chǎn)中針對(duì)單件品、小批量、大批量、單品種、多品種等不同情況下的具體編程方法不盡相同。本文旨在找出多角度要素在臥加上加工時(shí)便于維護(hù)、方法通用、可識(shí)度高的編程方法。

1. 描述

本文以連桿為對(duì)象進(jìn)行研究，在連桿的3個(gè)角度上進(jìn)行孔加工（見圖1），點(diǎn)A是各孔位置約束的基準(zhǔn)點(diǎn)（為編程零點(diǎn)），編程時(shí)關(guān)鍵在于如何精確找到各孔位置點(diǎn)坐標(biāo)。

圖1 零件示意圖

2. 坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)法

如圖2所示，可將坐標(biāo)系繞零點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)，在新坐標(biāo)系下便可輕松找準(zhǔn)孔的下刀點(diǎn)，其編程也十分簡(jiǎn)單。

圖2中，45°斜孔程序?yàn)椋?/p>

G90 G10 L2 P1 X-413.07 Y-672.03 Z-708.58

…… (省略調(diào)刀程序)

G0 G54 Z200

G18 G68 XO YO R45.0

Y131.57

…… (省略孔加工程序)

G69

其余各孔按對(duì)應(yīng)角度旋轉(zhuǎn)，方法相同。此方法簡(jiǎn)單明了，但不能適用于主軸無角度軸的臥加，配備角度頭的機(jī)床除外，但需要指出的是使用角度頭配合多個(gè)角度加工并不方便，也無經(jīng)濟(jì)實(shí)用可言。

3. 工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)法

各角度孔加工是通過旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)使需要加工的孔軸線與機(jī)床主軸平行從而進(jìn)行加工實(shí)現(xiàn)，下刀點(diǎn)無法通過圖樣直接讀出，需做相應(yīng)計(jì)算，且若工裝校調(diào)后，下刀點(diǎn)坐標(biāo)也會(huì)隨之變動(dòng)。

（1）宏程序法。對(duì)旋轉(zhuǎn)過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模（見圖3），找出表達(dá)式。

可知R=[（x1+5 0 0）2+（z1+800）2]1/2

x2=－500+Rcos{β－ arccos [（z1+800）/R]}

z2=－800+Rsin{β－ arccos [（z1+800）/R]}

圖2 旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系

圖3 建模示意圖

將上述表達(dá)式以宏程序方式編入程序中，將不同角度下宏運(yùn)算結(jié)果放入附加坐標(biāo)系中（選擇附加坐標(biāo)第，因其可存放48組不同坐標(biāo)值，若所需加工角度少，可選擇G54～G59）。

主程序：

O0200

G90 G10 L20 P1 X-413.07 Y-672.03 Z-708.58(第一角度零點(diǎn)坐標(biāo)放入G54.1 P1，此點(diǎn)為工裝校調(diào)零點(diǎn)）

#141=-500 (工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心x坐標(biāo)）

#142=-800 (工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心z坐標(biāo)）

#143=#7001+[L1] （L1為所選點(diǎn)相對(duì)于G54.1 P1的X方向距離，通過圖樣計(jì)算所得）

#144=#7003+[L2] （L2為所選點(diǎn)相對(duì)于G54.1 P1的Y方向距離，通過圖樣計(jì)算所得）

…

#147=#7001+[L5] (同上，對(duì)其他角度下所選點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算)

#148=#7003+[L6]

(注：上步驟的目的是讓各角度下所選點(diǎn)坐標(biāo)與第一角度下的零點(diǎn)建立關(guān)系，工裝調(diào)動(dòng)或其他因素造成零點(diǎn)更改后，不需再單獨(dú)對(duì)每個(gè)角度的點(diǎn)重新計(jì)算）

… (省略其他角度的計(jì)算，本文只用3個(gè)角度）

G65 P9010 A2 B[45] C[#143] D[#144] (調(diào)用子程序9010，A存放附加坐標(biāo)系序號(hào)；B存放工件相對(duì)第一角度的轉(zhuǎn)角量；C、D用于存放各點(diǎn)旋轉(zhuǎn)前的坐標(biāo)值；此程序用于計(jì)算旋轉(zhuǎn)45°后的坐標(biāo)放入P2)

G65 P9010 A3 B[-45] C[#145] D[#146] (計(jì)算旋轉(zhuǎn)－45°時(shí)的坐標(biāo)放入P3）

… (孔加工程序省略)

M30

%

子程序：

O9010

N100

#100=#3-#141

#101=#7-#142

#102=SQRT[[#100*#100]+[#101*#101]] (計(jì)算所選點(diǎn)旋轉(zhuǎn)半徑R）

#103=ATAN[#100/#101]-#2

#104=[#141]+[#102]*SIN[#103]

（旋轉(zhuǎn)后X軸坐標(biāo)的表達(dá)式）

#105=[#142]+[#102]*COS[#103]

（旋轉(zhuǎn)后Z軸坐標(biāo)的表達(dá)式）

N200

I F [ # 1 L T 1 ] G O T O 4 0 0

（保護(hù)，判定是否超出附加坐標(biāo)系地址）

I F [ # 1 G T 4 8 ] G O T O 4 0 0

（保護(hù)，判定是否超出附加坐標(biāo)系地址）

N300

#[7 0 0 1+[#1-1]*2 0]=#1 0 4 (所計(jì)算值輸入附加坐標(biāo)系）

#[7 0 0 2+[#1-1]*2 0]=#7 0 0 2 (旋轉(zhuǎn)過程中Y軸未改變）

#[7003+[#1-1]*20]=#105 N400

#3000=1(error)

M99

此方法只需輸入工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)，及所選點(diǎn)旋轉(zhuǎn)前的機(jī)床坐標(biāo)值即可計(jì)算出旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)，不受角度數(shù)量限制、精度高、通用性強(qiáng)，其最大優(yōu)點(diǎn)在于后期維護(hù)，在零點(diǎn)坐標(biāo)校調(diào)之后只需將校調(diào)后的值輸入對(duì)應(yīng)參數(shù)即可，不需要單獨(dú)再對(duì)每個(gè)角度進(jìn)行重新計(jì)算，后期維護(hù)十分方便。

（2）CAD設(shè)計(jì)法。通過零點(diǎn)計(jì)算出所要加工孔的中心旋轉(zhuǎn)前在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)值（x1，z1）,利用CAD模擬其繞工作臺(tái)中心旋轉(zhuǎn)后的位置，使用CAD測(cè)量功能找出旋轉(zhuǎn)后其在機(jī)床坐標(biāo)系的值（x2，z2），此值即為孔的編程中心點(diǎn)（見圖4）。此方法與工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)宏程序法相比，操作較為方便，精度同樣可以保證，但需對(duì)每個(gè)角度孔的位置點(diǎn)進(jìn)行模擬測(cè)量，較為繁瑣，同時(shí)工裝調(diào)整后需重新對(duì)其模擬測(cè)量，可維護(hù)性差。故此方法對(duì)于單件生產(chǎn)或小批量生產(chǎn)時(shí)較為適用。

圖4 設(shè)計(jì)示意圖

4. 結(jié)語

車間現(xiàn)場(chǎng)連桿加工所使用設(shè)備為MAZAK（FH－6800）臥式加工中心，采用工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)宏程序法進(jìn)行批量生產(chǎn)，此程序適用于所有型號(hào)連桿，同時(shí)在調(diào)整工裝后無須單獨(dú)對(duì)每個(gè)角度下坐標(biāo)進(jìn)行校正，方便適用，可維護(hù)性強(qiáng)。

故對(duì)于主軸帶角度軸或配備角度頭的臥加可采用坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)法，對(duì)于主軸無此功能的設(shè)備，批量生產(chǎn)時(shí)可采用工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)宏程序法，單件或小批量生產(chǎn)則可優(yōu)先考慮工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)C A D設(shè)計(jì)法。