偏心軸（孔）類零件的數控加工通用宏程序開發

劉培躍

（石家莊職業技術學院，河北 石家莊 050081）

0 引言

偏心軸（孔）類零件可以在普通車床上加工，單件或小批量生產時可使用自定心三爪卡盤，并在其中一個卡爪上安裝墊片，使工件被三爪所夾住的定位圓與要加工的偏心回轉面偏心。也可以使用四爪卡盤，由相鄰兩個卡爪定位，另兩個卡爪夾緊，調整好四爪回轉軸線與主軸軸線偏移量后也可以加工出偏心軸（孔）。當生產批量較大時，為提高生產效率和使定位準確需設計生產專用夾具，但成本有所提高。無論采用哪種偏心處理，生產過程中必須要將偏心加工工序與非偏心加工工序分開進行，而零件裝夾次數增多會影響零件精度，同時降低了加工效率。

數控車床以其效率高、柔性好的特點大量普及，本文嘗試使用數控車床，在不做機械偏心的前提下，開發偏心軸（孔）加工通用性宏程序，由宏變量控制主軸回轉與刀具徑向規律性聯動，達到加工偏心軸（孔）的目的。

1 偏心軸車削刀路分析與數學處理

圖1為一個偏心軸零件示意圖。毛坯直徑為D，偏心圓半徑為r，偏心距為e。以毛坯軸線為回轉軸加工偏心軸時，在數控車床主軸旋轉的同時，刀架的徑向運動應以主軸回轉一周為一周期做前后往復運動，即刀具的x坐標應與主軸的回轉角度以某種關系實時聯動起來，同時，刀具應以用戶規定的進給量在z軸勻速進給。

1.1 x坐標與主軸旋轉角度的關系

如圖1所示，假設刀具正在切削半徑為r，偏心距為e的偏心軸上，刀尖當前位置為P點，此時主軸回轉角度為θ，則刀尖的當前x軸坐標應為圖1中的OP線段長度a的2倍（即2a）。由余弦定理可知，a，r，e和角度θ有如下關系：

變換得：

在生產實際中，偏心距e不能大于偏心軸半徑r，因此：

這樣，當以數控車床主軸回轉角度θ為循環變量表示主軸位置時，車刀的實時x坐標可由式（3）計算出來。

1.2 合成進給速度的計算

1.3 徑向多次進給時的主軸定向問題

與車削同心軸不同，偏心軸車削徑向進給后，當z向開始進給時主軸的旋轉角度應與前一刀嚴格一致，否則偏心軸的軸線偏移方向將是隨機的，會導致偏心軸車削失敗，因此在正常切削進給前加入G32引導程序段，如圖2所示。G32指令運行時與G01、G02、G03等準備功能不同，其刀具的軸線進給時刻不是隨機的，只有當數控系統接收到主軸脈沖編碼器發出的zero脈沖信號后才可驅動z軸電機進給，因此G32指令在車削螺紋多次進給時才不會亂加。車削偏心軸時由G32引導G01，二者之間不允許做暫停，能有效解決主軸的定向問題，另外還需注意，在切削過程中不允許操作者改變機床操作面板上的進給倍率修調旋鈕（G32進給倍率修調將被屏蔽，其他插補功能不會屏蔽）。

2 宏程序的調用

數控系統不僅可以進行常量編程，而且還為編程擴展提供了宏程序開發功能。宏程序以變量編程，其形式自由，應用靈活，具備計算機高級語言的變量賦值、邏輯運算及條件轉移和變量循環等程序流程控制方法，使得傳統加工中難加工的諸如非圓曲線類等零件的加工問題得到很好的解決。

圖1 偏心軸示意圖

圖2 G32引導示意圖

宏變量可以與常量混合出現在數控程序中，也可以作為子程序由主程序調用。其調用指令格式為：G65P（宏程序號）L（重復次數）（變量分配）。其中，G65為宏程序調用指令，P（宏程序號）為宏程序名，L（重復次數）為宏程序重復調用的次數，重復次數為1時，可省略不寫，取值范圍為1～9 999，（變量分配）為宏程序中的宏變量賦常量。宏變量可分為局部變量（＃1～＃33）、公共變量（＃100～＃199，＃500～＃599）以及系統變量（＃1000～＃5335）。

變量可以以MDI方式或在程序中直接以＃＿＝數值的形式賦值，當宏程序以子程序形式出現時則需要在程序調用時以引數進形式分配。車削偏心軸的通用宏子程序共用到毛坯直徑、偏心距、右端面z坐標等11個局部變量，變量名稱及引數地址如下：

3 宏程序的編制

宏子程序包括粗加工和精加工兩道工序，用戶可以根據需要指定粗加工背吃刀量、粗加工進給量及精加工余量和進給量。調用格式為：

宏程序流程圖如圖3所示。

宏程序內容為：

圖3 宏程序流程圖

4 結束語

偏心軸（孔）類零件通用宏程序可以不必對零件進行機械偏心設置，減少了工件裝夾次數，保證了零件精度。車削時要求刀具在軸向進給的同時在徑向作高頻往復運動，這就要求數控系統的響應速度很高。基于目前企業大量使用的通用數控車削類設備數控系統限制，在使用本程序時，不宜指定過高的主軸轉速和進給量。

［1］袁永富，熊福林，肖善華，等.偏心軸零件的數控車削加工研究［J］.煤礦機械，2009，30（8）：120－122.

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