通用循環(huán)程序在系列零件加工中的應用

陳鑫

青島海西重工有限責任公司 山東青島 266555

1 序言

在數(shù)控加工中，曲面銑削或曲線車削加工程序一般采用軟件編程或手工編程方式，當零件外形尺寸、加工部位余量等發(fā)生變化，或者吃刀量等加工參數(shù)變更時，軟件編程需要在編程軟件中重新修改模型、生成新程序；手工編程需要重新計算坐標點、編制新的加工程序。

對于一些形狀規(guī)則、可用簡單數(shù)學模型表示的曲面或曲線，或者是加工部位形狀相似、尺寸不同的成系列的零件，可編制通用的循環(huán)數(shù)控加工程序。使用此類程序，在加工過程中，只需進行少量的參數(shù)修改，即可實現(xiàn)不同型號程序的轉(zhuǎn)換、加工尺寸及參數(shù)的修正，能夠更加靈活地適應現(xiàn)場變化[1-3]。

2 工藝分析

本文以曲柄零件錐面的半精銑為例進行說明，加工設備采用數(shù)控龍門銑床，數(shù)控系統(tǒng)為西門子數(shù)控840D。

曲柄零件形狀如圖1所示，在零件圓錐曲面（圖1中陰影面）的銑削工序中，需要加工的曲面是以孔中心為軸線的圓錐的一部分，不同型號曲柄錐面的錐角、半徑以及加工的寬度范圍不同。

圖1 曲柄零件

在龍門銑床上采用層銑削的方式加工，起始層是曲柄的上平面，終止層是曲柄的大外圓面與錐面的相交線；每一層都是以孔中心為圓心的圓弧，圓弧軌跡的起點、終點是曲柄的兩側(cè)平面。此工序為半精加工，采用順逆銑往復加工的形式，減少進退刀行程，提高加工效率。

曲柄零件年產(chǎn)量約1000多件，有20多種型號。零件毛坯是鍛造件，形狀不規(guī)則，受現(xiàn)有鍛造技術(shù)的限制，同一型號零件鍛造后尺寸有較大差異，每個零件銑錐面工序都需要編制對應的加工程序，編程工作量很大，通過編制通用循環(huán)程序可降低編程的工作量。

3 程序

零件尺寸參數(shù)如圖2所示，程序原點設在孔的中心線（即圓錐的軸線）與曲柄上平面的交點。按圖2中標注設定變量，定義加工面的形狀、曲面的邊界等尺寸參數(shù)。

3.1 主程序說明

主程序的主要功能是設定零件型號以及設置現(xiàn)場測量的零件毛坯尺寸、加工參數(shù)等數(shù)據(jù)。參數(shù)R20：零件型號；參數(shù)R6、R7：毛坯尺寸、斜角，毛坯為鍛造成形，因此每件毛坯尺寸都不同；參數(shù)R8：錐面余量，根據(jù)需要設置粗、精加工預留的加工余量；其他加工參數(shù)，如刀具尺寸、進給速度和安全距離等，可在加工現(xiàn)場進行調(diào)整。操作人員可根據(jù)零件實際情況對這些數(shù)據(jù)進行測量、修改。

3.2 子程序中零件各型號數(shù)據(jù)

子程序的主要功能包括各規(guī)格零件尺寸信息的儲存及選擇、坐標計算以及加工進給過程的設置。子程序決定了零件的加工形狀、進給軌跡，操作人員不能隨意修改。

不同型號的零件，其尺寸數(shù)據(jù)保存在對應的程序段中，并根據(jù)其型號進行命名，在主程序中R20輸入對應型號的名稱，在子程序中通過CASE指令，判斷R20參數(shù)的值，進入對應的程序段，獲得對應型號零件尺寸數(shù)據(jù)。例如：指定某一型號為S60的零件，設定其編號16001，對應尺寸數(shù)據(jù)寫在_M60A程序段中。在主程序中輸入R20=16001，子程序中通過CASE （R20）16001 GOTOF _M60A，跳轉(zhuǎn)到_M60A程序段，讀取零件各尺寸參數(shù)。后續(xù)程序根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出加工軌跡中的各個節(jié)點，進行曲面的加工。

3.3 子程序中軌跡節(jié)點計算、循環(huán)加工

通過指令$AA_IW[X]、$AA_IW[Y]、$AA_I W[Z]獲得刀具當前坐標，判斷與零件的相對位置，以此作為起始層，計算程序起刀點。每層Z向進刀，再根據(jù)Z的位置，計算每一加工層軌跡的起點、終點坐標及圓弧半徑。每一層加工結(jié)束后，繼續(xù)Z向進刀，進入下一加工層，如此循環(huán)，直至程序中的結(jié)束位置。

每一層加工軌跡為一段圓弧，圓弧的起始點是圓弧與側(cè)面斜線的交點，銑刀加工時軌跡為刀盤中心，因此計算時需要將斜線向外平移一個刀盤半徑及安全距離，使刀具的起點、終點走出工件區(qū)域，避免進刀時與工件碰撞。可通過幾何關(guān)系計算。

1）計算圓弧半徑：_CR=_TR1+_OR1+(_OB1-_OP3)/TAN(_OA)+(_TR2+_OD3)/SIN(_OA)。

2）中間過程計算：_A=TA N(_O A2)，_B=(_OM/SIN(_OA2)+_E)*TAN(_OA2)，_R=_CR*_CR+_A*_A*_CR*_CR-_B*_B。

3）起點坐標的X（_O P_1）、Y（_O P_2）值：_OP_1=(_A*_B+SQRT(_R))/(1+_A*_A)，_OP_2=-_A*_OP1+_B。

因圓弧以中線對稱，因此終點X坐標相同，Y坐標相反。

完成各節(jié)點坐標的計算后，進入加工程序段，開始銑削加工。

3.4 加工程序

主程序如下。

3.5 操作說明

曲柄加工時，操作人員在主程序中輸入R20零件型號，測量毛坯尺寸后輸入對應的參數(shù)，輸入適當?shù)募庸?shù)，將刀具移動到需要加工的起始層Z位置，即可運行程序加工。更換其他型號零件時只需修改R20等參數(shù)，如果同型號不同毛坯的尺寸有變化，只需修改對應參數(shù)。

當新增型號時，編程人員在子程序中添加對應的程序段，輸入零件尺寸數(shù)據(jù)，對程序進行擴充。

4 結(jié)束語

編制通用循環(huán)程序，可使操作人員在現(xiàn)場加工過程中能靈活應對各種預先設定好的變化情況，不必再針對不同型號的零件重新編制各自的加工程序。當特定的加工狀態(tài)變化后，進行少量的參數(shù)修改即可重新開始加工，不必重新編制數(shù)控程序，大大提高了加工效率。