臥加多角度加工編程方法

■南車戚墅堰機車有限公司 （江蘇常州 213000）

舒 森 汪玉娟 曾永青

在實際生產中，常常會遇到零件需要在其多個角度面上進行加工，當產品不同且需在同一臺機床上時，則要在更多的角度上進行加工，研究其通用的編程方法意義重大。隨之數控程序的合理性、可維護性、通用性等方面的要求也越來越高。實際生產中針對單件品、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便于維護、方法通用、可識度高的編程方法。

1. 描述

本文以連桿為對象進行研究，在連桿的3個角度上進行孔加工（見圖1），點A是各孔位置約束的基準點（為編程零點），編程時關鍵在于如何精確找到各孔位置點坐標。

圖1 零件示意圖

2. 坐標系旋轉法

如圖2所示，可將坐標系繞零點A旋轉，在新坐標系下便可輕松找準孔的下刀點，其編程也十分簡單。

圖2中，45°斜孔程序為：

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

…… (省略調刀程序)

G0 G54 Z200

G18 G68 XO YO R45.0

Y131.57

…… (省略孔加工程序)

G69

其余各孔按對應角度旋轉，方法相同。此方法簡單明了，但不能適用于主軸無角度軸的臥加，配備角度頭的機床除外，但需要指出的是使用角度頭配合多個角度加工并不方便，也無經濟實用可言。

3. 工作臺旋轉法

各角度孔加工是通過旋轉工作臺使需要加工的孔軸線與機床主軸平行從而進行加工實現，下刀點無法通過圖樣直接讀出，需做相應計算，且若工裝校調后，下刀點坐標也會隨之變動。

（1）宏程序法。對旋轉過程進行數學建模（見圖3），找出表達式。

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 旋轉后的坐標系

圖3 建模示意圖

將上述表達式以宏程序方式編入程序中，將不同角度下宏運算結果放入附加坐標系中（選擇附加坐標第，因其可存放48組不同坐標值，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(第一角度零點坐標放入G54.1 P1，此點為工裝校調零點）

#141=-500 (工作臺旋轉中心x坐標）

#142=-800 (工作臺旋轉中心z坐標）

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

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

…

#147=#7001+[L5] (同上，對其他角度下所選點進行計算)

#148=#7003+[L6]

(注：上步驟的目的是讓各角度下所選點坐標與第一角度下的零點建立關系，工裝調動或其他因素造成零點更改后，不需再單獨對每個角度的點重新計算）

… (省略其他角度的計算，本文只用3個角度）

G65 P9010 A2 B[45] C[#143] D[#144] (調用子程序9010，A存放附加坐標系序號；B存放工件相對第一角度的轉角量；C、D用于存放各點旋轉前的坐標值；此程序用于計算旋轉45°后的坐標放入P2)

G65 P9010 A3 B[-45] C[#145] D[#146] (計算旋轉－45°時的坐標放入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]] (計算所選點旋轉半徑R）

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

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

（旋轉后X軸坐標的表達式）

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

（旋轉后Z軸坐標的表達式）

N200

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

（保護，判定是否超出附加坐標系地址）

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

（保護，判定是否超出附加坐標系地址）

N300

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

#[7 0 0 2+[#1-1]*2 0]=#7 0 0 2 (旋轉過程中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旋轉中心坐標，及所選點旋轉前的機床坐標值即可計算出旋轉后的坐標，不受角度數量限制、精度高、通用性強，其最大優點在于后期維護，在零點坐標校調之后只需將校調后的值輸入對應參數即可，不需要單獨再對每個角度進行重新計算，后期維護十分方便。

（2）CAD設計法。通過零點計算出所要加工孔的中心旋轉前在機床坐標系中的位置坐標值（x1，z1）,利用CAD模擬其繞工作臺中心旋轉后的位置，使用CAD測量功能找出旋轉后其在機床坐標系的值（x2，z2），此值即為孔的編程中心點（見圖4）。此方法與工作臺旋轉宏程序法相比，操作較為方便，精度同樣可以保證，但需對每個角度孔的位置點進行模擬測量，較為繁瑣，同時工裝調整后需重新對其模擬測量，可維護性差。故此方法對于單件生產或小批量生產時較為適用。

圖4 設計示意圖

4. 結語

車間現場連桿加工所使用設備為MAZAK（FH－6800）臥式加工中心，采用工作臺旋轉宏程序法進行批量生產，此程序適用于所有型號連桿，同時在調整工裝后無須單獨對每個角度下坐標進行校正，方便適用，可維護性強。

故對于主軸帶角度軸或配備角度頭的臥加可采用坐標系旋轉法，對于主軸無此功能的設備，批量生產時可采用工作臺旋轉宏程序法，單件或小批量生產則可優先考慮工作臺旋轉C A D設計法。