五軸數控機床加工大機匣的編程方法研究

劉偉淋，楊建輝，李 軍，林 虎，章 燦，郭 坤

中航工業南方航空工業（集團）有限公司，湖南株洲 412002

五軸數控機床加工大機匣的編程方法研究

劉偉淋，楊建輝，李 軍，林 虎，章 燦，郭 坤

中航工業南方航空工業（集團）有限公司，湖南株洲 412002

針對大、重型機匣類零件在多軸加工中數控程序的編制受到零件大小、重量，有無數控夾具，每次加工夾具高度是否相同等諸多因素的限制，而使得編程過程繁瑣復雜的現象，研究了一套實施性很強的編程加工方法，該方法為多軸編程領域開拓了新的天地，對于各種大、重型零件的多軸加工都具有重要指導意義。

五軸機床；大機匣；編程；穩定質量

0 引言

近幾年隨著數控設備的高速發展，五軸數控機床在很多企業都得到普及。如今利用五軸機床數控加工已成為了各企業合并工序、縮短流程、穩定質量，提高效率的有效方法及發展方向。

1 五軸數控機床加工大、重型零件的難點分析

在五軸加工中心上加工零件時，通常是將零件工作坐標系的原點定在B或C轉臺的中心，以便于零件的找正和多方位加工。在被加工零件的6個面中，除支靠面以外，另外5個面的加工內容都可以通過旋轉機床B、C轉臺的角度，使機床主軸指向被加工面把零件加工出來。

而部分大、重型的機匣類零件在五軸數控機床上加工時，由于自身太重，只能用吊車吊上機床，零件在機床上擺在什么位置就在什么位置固定夾緊，無法將零件中心敲到與機床轉臺同心，那么在機床轉動轉臺加工周邊的多個面上的內容時，轉臺每轉動一個角度，零件中心相對于機床轉臺中心都發生了變化，以至機床轉臺每轉動一個角度都要根據零件轉動后的實際位置編制一個數控程序，程編員工作量非常大，零件的加工效率很低，產品質量極不穩定。加工大、重型零件存在以下幾個問題：

1）有些零件很難將零件中心放置在工作臺轉盤的中心;

2）零件支靠面和尺寸基準不在同一位置，零件編程所設原點在零件支靠面上，其與尺寸基準的差值影響到零件的位置;

3）零件因為定位間隙及重力造成零件角向的偏擺而使零件超差。

2 加工中暴露出的弊端

對于以上3種情況的零件，我們以往的處理方法是針對每批零件不同的擺放位置和不同的夾具高度編制不同的程序，這樣的加工方法在實際加工中顯現出了很多弊端：

1） 給程序員提前準備程序帶來了很多不便，因為在程序準備過程中，程編員不知道拼裝夾具的具體高度或者零件在工作臺上的具體安裝位置。這樣只有等夾具拼裝好或知道了零件在工作臺上的具體位置，才能根據實際情況編制程序，否則程編員無法提前做好程序準備。

2） 操作者裝好零件后也不能馬上加工，必須等待程編員根據剛給出的夾具高度和位置數據進行處理和編程，造成時間上的浪費。

3） 程編員每次拿到的夾具和位置數據都不同，這樣每批同樣的零件甚至每批中的每個零件都要編制一次程序，此次編制的程序就是加工出了合格產品，程序也無法歸檔，下次又要根據不同的數據調整，這樣就導致程序頻繁修改，技術準備時間緩慢、效率低、程序容易出錯、零件加工質量不穩定。

3 解決方法

針對傳統加工方法的不足，如今利用空間角度之間的相互關系，徹底地解決了大、重型零件的加工難題。下面就加工方法說明如下：

1）假設夾具高度為零或不考慮夾具；2）假設零件的編程原點與轉臺中心重合，不考慮零件的實際位置；3）利用空間坐標系的坐標旋轉及零點的偏移公式對零件工作坐標系的原點相對于機床工作臺中心進行旋轉、偏移編制數控程序。

4 編程原理

編程基于的理論基礎：

4.1 利用空間坐標系的坐標旋轉公式

4.2 原理分析

把零件放在工作臺任意位置，利用零件G54與工作臺旋轉中心X方向距離與Z方向距離之間的位置關系（Y軸關系不變），在零件周圍不同角度的加工面上設置G54、G55、G56……有多少個角度面就在程序上設置多少個零點，用三角公式定義新的坐標關系中的G54、G55、 G56……等的Z值、X值。實際上也是將加工工作坐標系與編程原點分離。

編程原點在不同的旋轉角度下，相對于工作臺中心有不同的值，此值必須偏移到機床上所設的工作坐標系中，加工某角度下內容就對應一個X、Z值的偏移量。這也就是為什么出現了G54、G55、G56……的原因，這與普通在工件上設置多個工作坐標系是不同的，我們知道，多個工作坐標系對應多個編程原點，而此方法編程時只有一個編程原點，這也就是上圖中G54、G55、G56的偏值機械原點是一樣的。

5 結論

通過此次編程方法的改進，體現了合理利用空間角度公式在數控加工的重要性，開拓了我們在多軸編程加工中的思路，解決了一系列大型復雜零件的加工問題，目前大型零件的加工已不存在困難，而加工效率、加工質量等方面較以前都有很大的提高。

[1]顧京.數控機床加工程序編制.高等職業技術教育機電類專 業教材編委會，1996.

[2]何滿才.三維造型設計[M].人民郵電出版社，2003.

[3]孫江紅，陳秀梅.Pro/ENGINEER 2001.數控加工教程， 2003.

TH18

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1674-6708（2010）28-0160-01