王芳，刁志強(qiáng)，田云，劉亞玲，張玉金，孫敏

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)核電泵業(yè)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

數(shù)控鏜銑中心SPEEDRAM2000設(shè)備是意大利PAMA公司生產(chǎn)的大型高精度加工設(shè)備，其主柱縱向行程X軸為5000mm，主軸箱垂直行程Y軸為3000mm，方滑枕軸向行程Z軸為1200mm，鏜軸軸向行程W軸為1000mm，工作臺(tái)尺寸為2000mmX2000mm，承重為40000kg，此設(shè)備適合大型工件的鏜削及銑削加工。在核主泵泵體的加工制造中，如圖1所示，加工外φD（大于2000mm），工件重量22000kg。

大型工件在圓周部位有各種加工部位，如孔、臺(tái)、槽等，在通常情況下，加工泵體外圓及圓周上孔的時(shí)候，操作者都將工件放在工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心，確定好位置進(jìn)行加工。在生產(chǎn)中，由于工件體積大，重量大，將工件中心與工作臺(tái)中心重合的操作過(guò)程，是十分困難的工作，工人需反復(fù)打表找正，通過(guò)卡爪將工件中心調(diào)整至工作臺(tái)的中心，使之完全重合，對(duì)操作者的精力和體力都是一個(gè)考驗(yàn)，操作一次工件常用花費(fèi)約一天時(shí)間。因此對(duì)這一難題進(jìn)行研究，以找出如何在數(shù)控鏜銑加工中心上工件與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心不一致時(shí)，進(jìn)行加工工件圓周尺寸的方法，以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省工時(shí)，提高加工效率。

圖1 加工工件示意圖

1 背景技術(shù)

在加工工件（如核主泵泵體和大型泵體、泵蓋等）時(shí)常遇到加工圓周外圓（如圖1）、圓周孔的情況，在加工此類工件時(shí)，常把工件放置在加工工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行裝夾、找正?；诖饲闆r，第一，對(duì)于大型工件，如上所述，節(jié)約工時(shí)并節(jié)省體力；第二，若工件未放置在工作臺(tái)的中心并裝夾，在工件較大時(shí)，加工出的外圓不是要求的圓形，在圍繞工件中心進(jìn)行鉆圓周孔時(shí)，會(huì)出現(xiàn)機(jī)床行程超程，這時(shí)則需要旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)后，工件中心則會(huì)出現(xiàn)誤差，就需二次找正，這樣會(huì)影響加工效率和加工精度，提高操作難度。

2 基本原理

針對(duì)上述問(wèn)題，根據(jù)設(shè)備本身特點(diǎn)，結(jié)合本數(shù)控操作系統(tǒng)，從2013年開(kāi)始進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，并進(jìn)行完善，驗(yàn)證了此程序切實(shí)可行。其程序基本原理如下：如圖2為工作臺(tái)和工件的初始狀態(tài)，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心與工件中心處于不同心的，通過(guò)打表確定工件圓心坐標(biāo)（X、Z），與坐標(biāo)形成α，由于轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)如圖3，（X′、Z′）是新產(chǎn)生的工件圓心坐標(biāo)，依此轉(zhuǎn)動(dòng)角度，會(huì)形成不同的工件圓心坐標(biāo)。其中心距OO′是一定的，結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)角度α+β按三角函數(shù)公式，可計(jì)算出工件新位置的中心，即通過(guò)已知的XOZ坐標(biāo)系和工件的初始坐標(biāo)，通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算出工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)后工件新的坐標(biāo)。此程序采用SIEMENS語(yǔ)言系統(tǒng)，自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，得出工件新中心的位置，然后進(jìn)行加工。公式為：

X=OO′sinα；Z=OO′cosα

圖示說(shuō)明：

O′=工件原始位置中心坐標(biāo)（X，Z）；

O″=工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)后工件中心坐標(biāo)（X′，Z′）；

DD1=X軸工件零點(diǎn)偏值（X）；

DD2=Z軸工件零點(diǎn)偏值（Z）；

DD6=工件中心與工作臺(tái)工心的正負(fù)位置關(guān)系；

圖2 工件在α位置示意圖

圖3 工件在轉(zhuǎn)動(dòng)β角度位置示意圖

DD5=工作臺(tái)旋置角度（β）；

DD7=工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)后工件中心與坐標(biāo)原點(diǎn)中心（α+β）；

DD8=工件旋轉(zhuǎn)后Z方向偏移值（Z′）；

DD9=X軸方向新的偏移值（X′）。

坐標(biāo)原點(diǎn)即D點(diǎn)。

3 數(shù)控具體實(shí)施方式

圖4所示為一種定位數(shù)控鏜銑加工中心的工件中心的方法流程圖，包括：步驟101，獲取工件中心在X軸工件零點(diǎn)偏移值、Z軸工件零點(diǎn)偏移值步驟102，計(jì)算工件中心與坐標(biāo)的第一角度值；步驟103，獲取與附件類型對(duì)應(yīng)的直角頭長(zhǎng)度；由于鏜銑設(shè)備擁有多種附件，如各種類型的直角頭，尺寸長(zhǎng)短不一，所以對(duì)于不同的機(jī)床附件，直角頭長(zhǎng)度是不同的，實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)槊總€(gè)附件長(zhǎng)度是固定的，因此不同的直角頭長(zhǎng)度賦與不同的長(zhǎng)度值即可。步驟104，根據(jù)直角頭長(zhǎng)度、Z軸工件零點(diǎn)偏移值判斷工件圓心在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的方向；步驟104—1，計(jì)算Z軸工件零點(diǎn)偏值減去直角頭長(zhǎng)度的數(shù)值為方向數(shù)值；例如方向數(shù)值DD6=Z軸工件零點(diǎn)偏值一直角頭長(zhǎng)度。步驟104—2，當(dāng)所述方向數(shù)值的大于零時(shí)，判斷出工件圓心在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的正方向；當(dāng)所述方向數(shù)值的小于零時(shí)，判斷出工件圓心在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的負(fù)方向。步驟105，根據(jù)工件圓心在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的正負(fù)方向，計(jì)算工件轉(zhuǎn)過(guò)的角度值；步驟105—1，當(dāng)工件圓心在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的正方向時(shí)，根據(jù)X軸工件零點(diǎn)偏移值DD5及方向數(shù)值，計(jì)算第二角度值；將所述第二角度值減去所述第一角度值，計(jì)算出工件轉(zhuǎn)過(guò)的角度值；

通過(guò)以下公式得出工件轉(zhuǎn)過(guò)的角度：

圖4 數(shù)控流程圖

步驟105—2，當(dāng)工件圓心在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的負(fù)方向時(shí)，根據(jù)X軸工件零點(diǎn)偏移值及方向數(shù)值，計(jì)算第二角度值；將所述第二角度值加上所述第一角度值，計(jì)算出工件轉(zhuǎn)過(guò)的角度值。

通過(guò)以下公式得出工件轉(zhuǎn)過(guò)的角度：

步驟106，根據(jù)所述角度值，計(jì)算X軸增量偏移值和Z軸增量偏移值。

計(jì)算X軸增量偏移值等于工件轉(zhuǎn)動(dòng)后的X軸坐標(biāo)減去X軸工件零點(diǎn)偏移值；

本步驟中可，通過(guò)三角函數(shù)公式：

計(jì)算Z軸增量偏移值等于工件轉(zhuǎn)動(dòng)后的Z軸坐標(biāo)減去Z軸工件零點(diǎn)偏移值。以上提供了一種定位數(shù)控鏜銑加工中心的工件中心的方法，通過(guò)獲取工件中心在X軸工件零點(diǎn)偏移值、Z軸工件零點(diǎn)偏移值，計(jì)算工件中心與坐標(biāo)的第一角度值；獲取與附件類型對(duì)應(yīng)的直角頭長(zhǎng)度，根據(jù)直角頭長(zhǎng)度、Z軸工件零點(diǎn)偏移值，判斷工件圓心在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的正負(fù)方向；根據(jù)工件圓心在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的正負(fù)方向，計(jì)算工件轉(zhuǎn)過(guò)的角度值；根據(jù)所述角度值，計(jì)算X軸增量偏移值和Z軸增量偏移值。通過(guò)以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本方法可借助軟件加必需的硬件平臺(tái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以全部通過(guò)硬件來(lái)實(shí)施，但很多情況下前者是更佳的實(shí)施方式。以上實(shí)例說(shuō)明用于幫助理解本加工方法及其核心思想，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，在具體實(shí)施過(guò)程中，在應(yīng)用方式及應(yīng)用范圍上需進(jìn)行靈活變通。

4 先進(jìn)性和社會(huì)效益評(píng)價(jià)

此程序應(yīng)用后，工件可直接放置在工作臺(tái)任一位置，即便工件與工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心不一致時(shí)，加工時(shí)只需找到工件中心，應(yīng)用此方法可自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算，找到旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)后的工件中心，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了加工工件的找正時(shí)間，降低了操作難度，提高了加工效率。經(jīng)過(guò)近5年的加工實(shí)踐，其操作性方便，簡(jiǎn)易，安全。