巧用極坐標插補指令在車銑復合機床上加工異形零件

摘 要：隨著我國裝備制造技術的不斷發展，車銑復合數控機床在機械制造行業的應用越來越廣泛，它可以有效減少加工工序和時間，提高加工效率。充分利用極坐標插補和圓柱插補兩大功能，能更好地解決回轉體類復合零件的加工難題，是在當今數控技術得到較大發展的背景下產生的一種新的切削理論和切削技術。

關鍵詞：車銑復合數控機床 極坐標插補 零件加工

“工欲善其事，必先利其器”，隨著我國裝備制造技術的發展，數控機床在機械制造行業得到了廣泛應用。相比一般的數控車床而言，車銑復合數控機床憑借強大功能和結構優勢，通過車銑復合功能切削加工，有效地提高了加工效率和產品質量。

一、車銑復合數控機床的坐標軸運動

車銑復合數控機床是在數控車削功能的基礎上，有效利用銑刀旋轉和工件旋轉的合成運動來實現對工件的切削加工，使工件在形狀精度、位置精度、已加工表面質量等各個方面達到使用要求的一種先進的切削加工機床。車銑復合加工不是單純地將車削和銑削兩種加工手段合并到一臺機床上，而是利用車銑合成運動來完成各類表面的加工，主要利用極坐標插補和圓柱插補兩大功能解決回轉體類復雜零件的加工難題，是在當今數控技術得到較大發展的背景下產生的一種新的切削理論和切削技術。

在加工回轉體工件時，卡盤或者工件的旋轉是主運動，刀具的橫向X向或縱向Z向移動是從運動，刀具的刀尖與工件中心等高，刀架臺不能作垂直方向的運動。在工件表面上加工異形輪廓時，主要應用極坐標插補指令讓主軸的旋轉做從運動，定義為C軸；裝在刀架上的動力刀具的旋轉運動轉換為主運動（由刀架內伺服電機驅動實現），刀具還可以實現X向或Z向的進給從運動（如圖1）。

二、車銑復合數控機床上的極坐標插補功能

所謂極坐標插補功能，是指車銑復合數控機床本身具有1個旋轉軸和1個移動軸，旋轉軸實現極坐標下的極角改變，移動軸實現極徑改變，兩軸在位置控制模式下實現旋轉與移動聯動功能的切削加工。極坐標插補功能是為了適應特殊零件的加工而產生的，以六方體零件的加工為例。

1.G12.1/G13.1極坐標插補

格式： N…G12.1 極坐標插補開始

N…G13.1 極坐標插補結束

極坐標插補法用于加工一個回轉部分末端面的加工內容。在刀路控制上，它把解析坐標系編程的命令轉換成沿線性軸X的移動（刀具運動）和旋轉軸C的轉動。在這個功能下，系統轉換為G17平面（X-Y）。在前側用軸向銑削刀具可加工任何輪廓。X軸繼續用直徑值來編程。虛擬Y軸與X軸順時針夾角小于90°，在半徑編程中用地址“C”。G12.1選擇一個極坐標插補執行平面，用于G12.1的水平面G18在編程前被刪除，它會以G13.1方式重建（極坐標插補結束）。開啟機床或者系統復原后，“極坐標插補”也被取消，（G13.1）和被G18方式定義的水平面被使用。

2.可能在“極坐標插補”模塊中被編程的G代碼

編程指令有：G01（直線插補）、G02，G03（圓弧插補）、G04（暫停）、G40，G41，G42（刀具半徑補償）、G65，G66，G67（用戶宏指令）、G98，G99（每分鐘進給量，每轉進給量）等。

三、極坐標插補功能的應用實例

在工件端部銑削六方軸（如圖2），安排加工工藝和程序編寫有一定難度，應考慮好工件與刀具的剛性、起刀點的位置和進刀方式，在編程之前必須確定好節點坐標（如表1）和走刀路線（如圖3）。

程序：

O0100；

N05 G10 P0 Z-72；

G40 G90 G95；

G92 S4000；

T0000 G0 X150 Z150；

N10 T1212 ；

N15 G96 S350 M4 F0.18；

N20 G0 X26 Z0；

N25 G01 X-0.8；

N30 G0X15 Z1；

N35 G42 G1 Z0.05 F0.12；

N40 X19.6 C1；

N45 Z-5；

N50 X24 C1；

Z-12；

N55 X26；

N60 G40 G0 X50 Z80 M5；

N65 T0707；

N66 M52；

N70 M13；

N75 G97 S2000；

N85 G28 G0 C0；

N90 G0 X50 Z2；

N95 G12.1；

G1 X50 C10 F 0.3；

G1 Z-5；

N100 G42 G1 X19.63 C-10 F 0.2（PA）；

N105 G1 C0 （P1）；

N110 X9.81 C8.5 （P2）；

N115 X-9.81 （P3）；

N120 X-19.63 C0 （P4）；

N125 X-9.81 C-8.5 （P5）；

N130 X9.81 （P6）；

N135 X19.63C0（P1=P7）；

N140 C5 （PE）；

N145 G0 G40 G01 X45 C0 F 0.4；

N150 G13.1；

N155 G0 X80 Z20 M15；

N160 M53；

四、使用極坐標插補功能的注意事項

一是刀具數據。在銑削刀具偏置設置中輸入下面幾何尺寸：X-20；Z（刀具z向長度）；R（鉆頭半徑）；T0（0型）。

二是G12.1和G13.1必須在G40模式里編程。

三是銑削刀具半徑補償編程必須在開啟極坐標插補后進行。

四是通過活動的極座標插值，任何運動都不允許在G10的快速運動里被橫跨。

五是通過開啟G12.1，在X軸上具有線性運動，必須在第一個G41/G42運動之前被優先編程（看編程例子）。

六是直徑編程被用于線性軸（X軸），半徑編程被用于旋轉軸（C軸）。

七是在G12.1模塊里，不能更改坐標系。

八是G12.1和G13.1在互相獨立模塊里編程。在G12.1和G13.1之間的模塊里，中斷程序不能重新開始。

九是圓弧插補（G2/G3）的弧半徑可通過R命令或者用I和J坐標編程 。

五、結語

伴隨著市場上對加工復雜零件的需求不斷增大，復合加工機床的需求也隨之增加，復合加工機床的使用將會進入激烈競爭的時代。將來的復合加工不會僅僅是車銑復合加工，而是將車削、銑削、鉆削、磨削、淬火、超聲波加工、激光加工等不同工種都組合到一臺機床上，朝一臺完成型加工機的方向發展。另外，高速、高精、高效、復合和環保仍然是復合機床技術發展的方向和制造商追求的目標。