中國(guó)航發(fā)黎明空軍代表機(jī)加組 喬思佳

本文詳細(xì)地分析了五坐標(biāo)數(shù)控噴丸機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其運(yùn)動(dòng)形式，利用NX CAM設(shè)計(jì)符合噴丸加工的編程策略，利用坐標(biāo)變換原理，推導(dǎo)出符合該噴丸機(jī)的后置處理算法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的后置處理程序，自動(dòng)生成整體葉盤(pán)噴丸加工的數(shù)控程序，實(shí)現(xiàn)某型機(jī)整體葉盤(pán)的噴丸加工。

一、現(xiàn)狀分析

整體葉盤(pán)是典型的整體、薄壁、難加工材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，目前國(guó)內(nèi)對(duì)整體葉盤(pán)的噴丸加工仍采用在機(jī)手工編程的方法。在機(jī)編程不僅具有加工效率低、產(chǎn)品一致性難以保證、生產(chǎn)人員工作環(huán)境惡劣等弊端，而且在機(jī)編程對(duì)加工人員有較高的技能要求，一旦操作失誤，可能導(dǎo)致整個(gè)零件報(bào)廢。因此，研究整體葉盤(pán)噴丸離線編程新方法非常必要。

二、研究?jī)?nèi)容

針對(duì)葉盤(pán)的噴丸數(shù)控加工需求，我們從機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)研究、CAM編程策略、后置處理三個(gè)方面進(jìn)行了研究，分別如下。

1.機(jī)床機(jī)床運(yùn)動(dòng)研究

（1）機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。MP1500TX 數(shù)控噴丸機(jī)采用五軸五聯(lián)動(dòng)的控制方式，噴丸機(jī)具有以下6個(gè)坐標(biāo)： X、Y、Z，3個(gè)線性軸， A、B、C，3個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，其中A可軸繞Z軸旋轉(zhuǎn)，B可軸繞Y軸旋轉(zhuǎn)，C可軸繞Z軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)兩種類(lèi)型的五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控噴丸機(jī)，一種為 X、Y、Z、A、B，一種為 X、Y、Z、B、C，其機(jī)床結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系以及行程范圍如圖1所示。

圖1 MP1500TX結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系以及行程范圍

（2）機(jī)床運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。此機(jī)床機(jī)床坐標(biāo)系不符合迪卡爾坐標(biāo)系，其中Y軸反向，A軸反向；Y偏置為200，擺長(zhǎng)316.5，如圖2所示。

圖2 Y偏置和擺長(zhǎng)

（3）控制系統(tǒng)特點(diǎn)。此機(jī)床機(jī)床控制系統(tǒng)為 FANUC 30i，沒(méi)有刀具跟隨功能。

2.CAM編程策略研究

針對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)以及控制系統(tǒng)，選擇某整體葉盤(pán)為載體，開(kāi)展噴丸數(shù)控編程CAM編程策略研究。

（1）編程坐標(biāo)系的確定。因?yàn)榇藱C(jī)床編程基于機(jī)床坐標(biāo)系，首先解決坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問(wèn)題（圖3），現(xiàn)假定工件坐標(biāo)系為OwXCYCZC，機(jī)床坐標(biāo)系為OMXMYMZM，在加工之前與機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系平行。

圖3 機(jī)床坐標(biāo)系的找正關(guān)系

以第5軸主軸端面（噴槍底端面）為對(duì)刀點(diǎn)，設(shè)定機(jī)床原點(diǎn)為（0，0，0），工件坐標(biāo)原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)中心之間的坐標(biāo)差值為(X，Y，Z)。

ΔX=X_M-X_W=1273.28

ΔY=Y_M-Y_W=472

ΔZ=Z_M-Z_W=1264.02

將(X，Y，Z)通過(guò)坐標(biāo)變換，找到機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)值為（1273.28，472，1264.02）。

（2）編程策略的選擇。先構(gòu)建基準(zhǔn)平面，統(tǒng)過(guò)求截面獲得截面線，如圖4所示。然后根據(jù)連接直線設(shè)計(jì)刀具矢量，如圖5所示。

圖4 獲取截面線

圖5 構(gòu)建連接直線

通過(guò)加工模塊設(shè)計(jì)加工軌跡，驅(qū)動(dòng)方法利用曲線/點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，刀軸采用插補(bǔ)矢量，應(yīng)用設(shè)計(jì)的連接直線作為刀軸矢量，實(shí)現(xiàn)變軸刀具軌跡設(shè)計(jì)，如圖6所示。

圖6 所利用插補(bǔ)矢量刀軸實(shí)現(xiàn)刀具軌跡設(shè)計(jì)

3.后置處理開(kāi)發(fā)研究

分析數(shù)控噴丸機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其運(yùn)動(dòng)形式，推導(dǎo)出其運(yùn)動(dòng)算法，研究用于該設(shè)備的專(zhuān)用后置處理。對(duì)由CAM系統(tǒng)系統(tǒng)生成的刀位文件進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。即工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換，主要根據(jù)具體的機(jī)床結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)形式，將由系統(tǒng)生成的刀位文件中的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

考慮到MP1500TX 數(shù)控噴丸機(jī)的結(jié)構(gòu)，以及控制線系統(tǒng)沒(méi)有刀具跟隨功能的特性，我們通過(guò)Post Builder后置處理模塊設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出符合機(jī)床的后置處理。

新建后置處理文件，定義機(jī)床結(jié)構(gòu)以及X、Y、Z、A、B行程， 如圖7所示。

圖7 機(jī)床結(jié)構(gòu)以及行程

定義第四軸，設(shè)置第四軸工作面以及Y偏置和Z偏置，如圖8所示。

圖8 第四軸定義

定義第五軸，設(shè)置第五軸工作面以及Y偏置，如圖9所示。定義樞軸距離，設(shè)置如圖10所示。

圖9 第五軸定義

圖10 定義樞軸距離

三、某型發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤(pán)數(shù)控噴丸“脫機(jī)編程”實(shí)施應(yīng)用

打開(kāi)模板文件（模板文件包含加工坐標(biāo)系、機(jī)床、零件、刀具軌跡等內(nèi)容），如圖11所示。

圖11 打開(kāi)模板文件

通過(guò)替換組件替換新零件，將文件另存為加工模型，如圖12所示。

圖12 替換工作部件

根據(jù)提供的刀具軌跡模板按需求選擇合適的CAM編程策略重新生成刀軌。

把刀具路徑進(jìn)行后處理，選擇自定義的后處理來(lái)進(jìn)行刀位文件到G代碼程序的轉(zhuǎn)換。數(shù)控程序如圖13所示，檢查G代碼程序的頭、尾，各軸的運(yùn)動(dòng)情況，就可以在機(jī)床上測(cè)試加工程序了。

圖13 數(shù)控程序

通過(guò)選取模型的一點(diǎn)，驗(yàn)證數(shù)控程序點(diǎn)位正確性，如圖14所示。

圖14 驗(yàn)證數(shù)控程序點(diǎn)位正確性

四、結(jié)語(yǔ)

噴丸機(jī)脫機(jī)編程技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)將噴丸加工編程效率提高了近四倍，并且將工藝程序準(zhǔn)備由串行改為并行，縮短了工藝準(zhǔn)備周期，最重要的是該項(xiàng)技術(shù)成功開(kāi)發(fā)突破國(guó)外廠家對(duì)我們特種工藝高端設(shè)備的技術(shù)壁壘，也奠定同類(lèi)特種工藝設(shè)備的脫機(jī)編程推廣應(yīng)用基礎(chǔ)。