圓柱面蜂窩狀孔群在FANUC系統鏜銑床上加工的宏程序應用

青海華鼎重型機床有限責任公司（大通 810100）馬永紅 張林邦

此前，我公司承接的外協件，從用戶提供的圖樣上分析，該件外圓的表面上有密集網孔（見圖1）。經過工藝分析，這些小孔的排列方式最根本、最重要的特點就是：任意一個小孔的中心到與之相鄰的6個小孔中心的距離都是相等的。該零件上小孔的排列致密、均勻。這種正六邊形蜂窩狀的排列，所切除的通孔即為近似正六邊形，而與其相鄰六孔的連線為正六邊形的邊長。由于用戶供貨件數只有一件，從用戶提供的圖樣上分析，被加工件壁厚較厚。且屬于單件小批量的外委加工。如果利用鈑金結構在滿足圖樣要求的板材上通過冷沖模沖壓出正六邊形蜂窩狀孔群或者通過在數控鉆床上來加工這些孔。然后利用卷筒設備卷制呈圓筒狀，再采用坡口焊接的方法來保證用戶所提供圖樣的要求不太現實。

圖1 圓柱面蜂窩狀孔群示意圖

綜合分析圖樣要求，由于被加工件的壁厚較厚，并且相鄰孔間距的尺寸精度要求比較高，且考慮到交貨周期、加工工藝的合理性、有效性及加工成本。經分析決定，將該件的加工工藝安排在鏜床上加工。我單位在現有的設備中有普通鏜床（安裝有分度頭）和具有5軸聯動的數控落地鏜銑床，如果安排在普通鏜床上加工，需將該工件裝夾在分度頭上，通過手動計算確定每次的轉角，用手工操作分度頭，使之依次停留在每個預設的角度上，再以普通的加工方法進行加工。這種普通的加工方法存在有多次的分度誤差和操縱誤差，這些誤差并進行累積。使得圖樣上要求的尺寸精度很難精確控制。經試驗后，決定安排在數控落地鏜銑床上加工，B軸（工作臺的回轉軸）的軸線垂直于Y軸，如圖2所示為圓柱面上正六邊形蜂窩狀孔群的展開圖。

圖2 圓柱面上正六邊形蜂窩狀孔群展開示意圖

從圖樣上分析：圖中的孔群按照特征可區分為兩組，兩組呈交錯分布，在計算時需要考慮兩組孔群的相互位置關系，每組中，孔在X軸、B軸兩個方向上都呈等距離均勻分布，由于這里表達的是展開圖，所以孔間距的計算和確定相對比較復雜。

如圖2所示，孔在X軸長度方向上的“等距”完全是一種X軸上的線性“等距”，長度方向（X軸）的精確計算與控制相對比較簡單。不會帶來計算的不便和精度誤差。

而孔在B軸圓周方向上的“等距”完全是一種圍繞X軸軸線的圓心角角度的“等距”，確切地說是“等角度”。圓心角角度的計算比較復雜，因為圓弧封閉一周即是360°，而圓周周長上的計算由于圓柱的半徑不同，對應的弧長也不同，隨之也直接影響到圓周周長上的孔間距，如何使得二者的關系協調，成為編制宏程序時數學表達的關鍵。通常在數學上有兩種處理思路，分別如下：

（1）根據X方向上的孔間距來反推導適合的360°等分份數：由圖2可知：先定X方向上的孔間距#4→計算弧長（即圖中AC線段長度#5）→再推導角度。

一般來說，在常規的機械圖樣表達上都是標注出#4這種形式的孔間距。同樣的，由此所推導出的參數#5必然不會是整數，而再由#5來推算所取角度的等分數應該是多少、能否整除與360°等也同樣受制于圓柱面的半徑，而且有可能銜接誤差較大，進而導致在圓周的銜接不夠精確。

（2）根據圓柱面半徑先行確定適合的360°等分份數：由圖2可知：先定角度→計算弧長（即圖中AC線段長度#5）→再推到X方向的“孔間距”#4。顯然在程序中角度B都可以被360°所整除，角度B的表達簡單、明了，圓周上的孔間距分布更佳，但由此所推導出的一系列參數如#5、#4等必然不會是整數。

此外所取角度等分數能否整除與360°，很大程度上受制于圓柱面的半徑，計算和”調整參數”的工作將主要集中在程序編制前期，且比較麻煩。

其實無論上述1或2的數學思想，都是基于完全同樣的數學關系，唯一不同的是已知和求解的起始點、路徑和終點。鑒于此，在實際加工的宏程序的編制中，采用第1種方法比較妥當。

在整個加工過程中Y坐標都保持在Y0處不變，即以圓柱軸線作為G 54的Y0位置，工作臺在Y方向上始終不予以移動；B軸每轉一個角度（停下來），則在X方向的不同位置依次鉆孔；直至完成所有的角度；而Z方向以圓柱面的表面作為G54的Z0平面。

另外，對于在X方向上的有效加工長度范圍，則采取開放式編程，具體可參見下面的數控加工程序。

O2011；

N10 #1=____（圓筒內壁直徑φ）

N15 #2=____（圓筒可用于鉆孔的有效長度L）

N20 #3=5.0（鉆孔直徑d）

N25 #4=2*#3（長度方向上相鄰兩孔的間距2d（經驗值）

N30 #5=[2*#4]*cos[30]（圓筒內壁圓周展開后的等距離分布的間距，確保任意相鄰兩孔間距均為#4時推導得出）

N35 #6=3.14*#1（圓筒內壁圓周展開后的長度）

N40 #7=FIX[[#5/#6]*360]（圓周上等角度分布的孔間夾角（圓整））

N45 S450 M 03；

N50 G54 G90 G80 G00 X0 Y0 Z30.B0（程序開始，定位于G54原點上方安全距離）

N55 #8=0（B軸角度 #8為自變量，賦初始值0°）

N60 WHILE[#8LT360]DO 1（如果#8＜360°，循環1繼續）

N65 NB#8（B軸轉動到當前角度）

N70 #9=0（B軸每個角度下，由左到右各孔的X坐標作為自變量，賦初始值0）

N75 WHILE[#9LT#2]DO 2（如果#9≤#2，循環2繼續）

N80 G98 G81 X#9 Y0 Z-3 R2 F60（G81方式 鉆當前孔）

N85 #9=#9+#4（自變量孔的X坐標#9遞增#4）

N90 END 2（循環2結束）

N95 #8=#8+#7（自變量B軸角度#8遞增#7）

N100 G80 Z30（返回安全平面并取消固定循環）

N105 END 1（循環1結束）

N110 G00 Z30（返回安全平面）

N115 M 30（程序結束）

通過上述的工藝分析和數控程序的加工，達到了用戶圖樣所要求的各項精度。