在線測(cè)量及R參數(shù)編程在動(dòng)車組側(cè)墻加工中的應(yīng)用

■南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 （山東 266111）

王 海 高思軍

數(shù)控編程有常規(guī)手工編程、CAM軟件自動(dòng)編程兩種方式。在零件結(jié)構(gòu)形狀確定的情況下，CAM自動(dòng)編程能方便地解決復(fù)雜平面及空間曲面的編程，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)和效益，已成為主要的編程手段。但目前的CAM軟件自動(dòng)編程也存在缺點(diǎn)，如曲面加工時(shí)生成的NC程序龐大，對(duì)結(jié)構(gòu)形狀未確定零件的編程無能為力。手工編程一般為常量編程，適用于幾何形狀簡(jiǎn)單件。在SINUMERIK 840D系統(tǒng)中，通過在程序中使用R參數(shù)調(diào)用Renishaw測(cè)量探頭的在線檢測(cè)返回值，可以完成形狀未完全確定零件的加工程序。

R參數(shù)編程不如常規(guī)手工編程直接、易讀，需要了解編程人員的思路才能較好地理解，應(yīng)用較少，但是在某些特定的場(chǎng)合可以取得良好的效果。

1. 側(cè)墻加工工藝

高速動(dòng)車組車體側(cè)墻是車體關(guān)鍵大部件之一，由側(cè)墻板裝配焊接后再進(jìn)行整體數(shù)控加工而成，是列車車體的主要迎風(fēng)受力承載結(jié)構(gòu)，制造精度要求較高，其加工制造質(zhì)量在很大程度上決定了車體的外觀、氣密性、強(qiáng)度、疲勞壽命及空氣動(dòng)力學(xué)特性等運(yùn)行性能。我公司在側(cè)墻的焊接制造過程中預(yù)制一定的撓度，窗口的中心線是一條與預(yù)制撓度平行的弧線，而且焊后變形大，使得側(cè)墻的整體數(shù)控加工困難且加工質(zhì)量難以保證。

2. 工裝介紹

我公司目前側(cè)墻的加工設(shè)備為德國FOOKE三工位雙龍門加工中心。工裝為分體式液壓自動(dòng)化工裝，由21條橫梁?jiǎn)卧M成，通過PLC控制系統(tǒng)和液壓站自動(dòng)控制橫梁各部分的自動(dòng)移動(dòng)和夾緊動(dòng)作，無需人工參與，工作效率高。每條橫梁又由三個(gè)部分組成，兩端的定位夾緊部分，中部的支撐夾緊，三部分均通過移動(dòng)導(dǎo)軌安裝在橫梁基座上。根據(jù)側(cè)墻類型的不同，選擇不同的橫梁?jiǎn)卧{(diào)整橫梁?jiǎn)卧獌啥说亩ㄎ粖A緊裝置的位置，進(jìn)行定位、裝夾。

3. 在線測(cè)量

在加工前要進(jìn)行測(cè)量。不僅僅是通過測(cè)量確定數(shù)控程序的坐標(biāo)原點(diǎn)，更是要通過測(cè)量確定側(cè)墻在焊接過程中預(yù)制的撓度及焊接變形量。側(cè)墻安裝后，首先用Renishaw測(cè)量探頭手動(dòng)測(cè)量工件基準(zhǔn)坐標(biāo)系原點(diǎn)的X值及工件實(shí)際總長(zhǎng)，計(jì)算側(cè)墻焊接收縮量，合理分配處置。

為保證窗口加工與側(cè)墻撓度曲線相平行，在窗口加工范圍內(nèi)需要多點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)越多平行度越好。手動(dòng)測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因而開發(fā)了CYCLE730循環(huán)命令進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。通過執(zhí)行測(cè)量程序，將各理論測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際X、Y、Z值存入系統(tǒng)變量MP[*，*]中，在預(yù)先編制側(cè)墻加工程序時(shí)，將需要點(diǎn)的X、Y、Z值寫為相應(yīng)的MP[*，*]值，在執(zhí)行程序時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)引用此點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)值，從而在正確的位置加工出正確的形狀。測(cè)量程序的應(yīng)用實(shí)例如下：

T14

m6

D1

TRAORI(1)

G54

…

R10=1 ；（測(cè)量點(diǎn)序號(hào)）

Setval[0]=SET(-60-60,0) ；（測(cè)量點(diǎn)的理論位置）

TcD[0]=SET(0,1,0) ；（測(cè)量軸，進(jìn)給有效軸）

StO=15 ；（測(cè)量起點(diǎn)）

DeO=15 ；（測(cè)量距離）

Rtp=50 ；（回退距離）

CYCLE730(Setval,TcD,StO,DeO,Rtp) ；（測(cè)量循環(huán)）

MP[R10,0]=R1 MP[R10,1]=R2 MP[R10,2]=R3 ；

…

TRAFOFF

M30

4. 窗口加工工藝分析

側(cè)墻由通長(zhǎng)鋁合金型材焊接而成，加工工序分為粗加工和精加工兩步。粗加工完成窗口內(nèi)圈、窗口內(nèi)圈粗加工及四個(gè)圓角處的鋁型材切除；精加工完成窗口外圈及頂部三處缺口的加工。

窗口加工過程中，沿X方向走刀時(shí)與鋁型材的擠壓方向相同，為連續(xù)切削，刀具受沖擊小；沿Y向走刀時(shí)與鋁型材的擠壓方向垂直，為斷續(xù)切削，刀具受沖擊頻繁。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，按照適用、經(jīng)濟(jì)、安全的原則，對(duì)側(cè)墻窗口的粗加工選用雙刃φ32mm含鈷高速鋼銑刀，精加工選用單刃φ20R5含鈷高速鋼銑刀。

加工路徑采用順銑輪廓銑。鋁合金材料為典型的塑性材料，硬度低、粘性大，切削容易，但切削過程中極易粘刀。順銑時(shí)切削力大于逆銑，刀具與工件之間的摩擦小，切削較平滑，不易引起振動(dòng)，在橫向切斷鋁合金型材內(nèi)部斜筋時(shí)，不易發(fā)生撕裂現(xiàn)象，加工表面粗糙度值較高。

為保證窗口與側(cè)墻的整體撓度吻合，窗口加工程序中所有的Y向坐標(biāo)值均采用測(cè)量得到的MP[*,*]值。為保證窗口加工與側(cè)墻撓度符合度高，在窗寬方向分別設(shè)置3個(gè)測(cè)量點(diǎn)（見附圖），測(cè)量后對(duì)應(yīng)的測(cè)量值分別為MP[A，1]、MP[B，1]和MP[C，1]。側(cè)墻焊接后輪廓度與圖樣存在一定的誤差，側(cè)墻通長(zhǎng)存在起伏變形以及裝夾誤差等因素的影響，各窗口加工時(shí)Z值為在一定范圍內(nèi)變化的值。為保證窗口深度加工精度，在窗角分別測(cè)量4個(gè)點(diǎn)D、E、F、G，對(duì)應(yīng)的測(cè)量值分別為MP[D，2]，MP[E，2]、MP[F，2]和MP[G，2]。

窗口Y向測(cè)量值分布圖

5. R參數(shù)編程

西門子SINUMERIK 840D系統(tǒng)參數(shù)編程功能，提供了250個(gè)參數(shù)變量R00～R249，其中R100～R249用作加工循環(huán)的轉(zhuǎn)移參數(shù)，R0～R99系統(tǒng)未賦值可由用戶參數(shù)編程。根據(jù)車型的不同，側(cè)墻上窗口的數(shù)量、位置不同，各窗口結(jié)構(gòu)相同僅窗寬不同，有600mm、800mm和1 600mm三種長(zhǎng)度。每一個(gè)窗口的7個(gè)測(cè)量點(diǎn)是連續(xù)且循環(huán)出現(xiàn)的，可以通過一個(gè)R參數(shù)調(diào)用7個(gè)測(cè)量值。通過R參數(shù)的設(shè)置和賦值，將窗口加工程序固化為一個(gè)子程序，從而簡(jiǎn)

化整片側(cè)墻的編程工作。具體應(yīng)用程序如下：

R51=1600 ；（窗口寬度）

R52=650 ；（窗口高度）

R53=1 ；（窗口第1個(gè)測(cè)量點(diǎn)，Y軸測(cè)量值）

R54=R53+1 ；（窗口第2個(gè)測(cè)量點(diǎn)，Y軸測(cè)量值）

R55=R53+2 ；（窗口第3個(gè)測(cè)量點(diǎn)，Y軸測(cè)量值）

R56=R53+3 ；（窗口第4個(gè)測(cè)量點(diǎn)，Z軸測(cè)量值）

R57=R53+4 ；（窗口第5個(gè)測(cè)量點(diǎn)，Z軸測(cè)量值）

R58=R53+5 ；（窗口第6個(gè)測(cè)量點(diǎn)，Z軸測(cè)量值）

R59=R53+6 ；（窗口第7個(gè)測(cè)量點(diǎn)，Z軸測(cè)量值）

R60=0 ；（測(cè)量長(zhǎng)度伸縮量，實(shí)際測(cè)量后由操作者輸入）

…

G54 G0 Y=（R52/2-5） ；（調(diào)用工件坐標(biāo)系）

A0 C0

S7000 M03 M13

TRANS X=(3265+5-30-44+R60) ；（坐標(biāo)系偏移）

…

G1 Z=(MP[R59,2]-50+7.5) F600

X=0 F1500

Y=(MP[R53,1]+2.5)

X=R51/2 Y=(MP[R54,1]+2.5)

X=R51 Y=(MP[R55,1]+2.5) Z=(MP[R56,2]-50+7.5) Y=(MP[R55,1]+R52) Z=(MP[R57,2]-50+7.5)

X=R51/2 Y=(MP[R54,1]+R52)

X=0 Y=(MP[R55,1]+R52) Z=(MP[R58,2]-50+7.5)

…

G0 Z500

M05

M09

TRANS

M17

以上為參數(shù)化的窗口加工子程序。完成一個(gè)窗口的加工后，將R53更改為對(duì)應(yīng)窗口的起始測(cè)量點(diǎn)的序號(hào)，然后通過TRANS命令偏移坐標(biāo)系原點(diǎn)，即可加工同一片側(cè)墻上的其他尺寸相同的窗口。如窗口尺寸不同，則更改R51、R52參數(shù)值。固化窗口測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量、位置和測(cè)量順序，可以在測(cè)量值參數(shù)MP[*，*]中嵌套使用R參數(shù)，將窗口加工統(tǒng)一為子程序，可以減少程序編制數(shù)量，降低程序編制出錯(cuò)率，縮短加工程序調(diào)試時(shí)間。

6. 結(jié)語

側(cè)墻自身撓度及焊接變形導(dǎo)致側(cè)墻整體加工前的形狀、尺寸不確定，對(duì)加工帶來很大的困難，無法利用軟件進(jìn)行自動(dòng)編程，只能手工編程，編程工作量大。通過在線測(cè)量，可以在加工前得到側(cè)墻的準(zhǔn)確形狀、尺寸數(shù)據(jù)，在編程時(shí)留好數(shù)據(jù)接口，調(diào)用相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，即可沿側(cè)墻的實(shí)際撓度加工各窗口。

利用R參數(shù)調(diào)用測(cè)量返回值的編程方法具有以下特點(diǎn)：①有利于實(shí)現(xiàn)窗口加工程序模塊化，大大降低了手工編程的工作量及編程復(fù)雜度。②程序簡(jiǎn)單，通用性好，適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高。③操作者可根據(jù)零件加工安排隨時(shí)修改參數(shù)變量，保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行。

[1] 張寧健.數(shù)控探頭測(cè)量功能在數(shù)控加工中的應(yīng)用[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床，2011（8）：139-140

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