五軸數(shù)控機(jī)床加工大機(jī)匣的編程方法研究

劉偉淋，楊建輝，李 軍，林 虎，章 燦，郭 坤

中航工業(yè)南方航空工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，湖南株洲 412002

五軸數(shù)控機(jī)床加工大機(jī)匣的編程方法研究

劉偉淋，楊建輝，李 軍，林 虎，章 燦，郭 坤

中航工業(yè)南方航空工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，湖南株洲 412002

針對大、重型機(jī)匣類零件在多軸加工中數(shù)控程序的編制受到零件大小、重量，有無數(shù)控夾具，每次加工夾具高度是否相同等諸多因素的限制，而使得編程過程繁瑣復(fù)雜的現(xiàn)象，研究了一套實(shí)施性很強(qiáng)的編程加工方法，該方法為多軸編程領(lǐng)域開拓了新的天地，對于各種大、重型零件的多軸加工都具有重要指導(dǎo)意義。

五軸機(jī)床；大機(jī)匣；編程；穩(wěn)定質(zhì)量

0 引言

近幾年隨著數(shù)控設(shè)備的高速發(fā)展，五軸數(shù)控機(jī)床在很多企業(yè)都得到普及。如今利用五軸機(jī)床數(shù)控加工已成為了各企業(yè)合并工序、縮短流程、穩(wěn)定質(zhì)量，提高效率的有效方法及發(fā)展方向。

1 五軸數(shù)控機(jī)床加工大、重型零件的難點(diǎn)分析

在五軸加工中心上加工零件時，通常是將零件工作坐標(biāo)系的原點(diǎn)定在B或C轉(zhuǎn)臺的中心，以便于零件的找正和多方位加工。在被加工零件的6個面中，除支靠面以外，另外5個面的加工內(nèi)容都可以通過旋轉(zhuǎn)機(jī)床B、C轉(zhuǎn)臺的角度，使機(jī)床主軸指向被加工面把零件加工出來。

而部分大、重型的機(jī)匣類零件在五軸數(shù)控機(jī)床上加工時，由于自身太重，只能用吊車吊上機(jī)床，零件在機(jī)床上擺在什么位置就在什么位置固定夾緊，無法將零件中心敲到與機(jī)床轉(zhuǎn)臺同心，那么在機(jī)床轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺加工周邊的多個面上的內(nèi)容時，轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)動一個角度，零件中心相對于機(jī)床轉(zhuǎn)臺中心都發(fā)生了變化，以至機(jī)床轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)動一個角度都要根據(jù)零件轉(zhuǎn)動后的實(shí)際位置編制一個數(shù)控程序，程編員工作量非常大，零件的加工效率很低，產(chǎn)品質(zhì)量極不穩(wěn)定。加工大、重型零件存在以下幾個問題：

1）有些零件很難將零件中心放置在工作臺轉(zhuǎn)盤的中心;

2）零件支靠面和尺寸基準(zhǔn)不在同一位置，零件編程所設(shè)原點(diǎn)在零件支靠面上，其與尺寸基準(zhǔn)的差值影響到零件的位置;

3）零件因?yàn)槎ㄎ婚g隙及重力造成零件角向的偏擺而使零件超差。

2 加工中暴露出的弊端

對于以上3種情況的零件，我們以往的處理方法是針對每批零件不同的擺放位置和不同的夾具高度編制不同的程序，這樣的加工方法在實(shí)際加工中顯現(xiàn)出了很多弊端：

1） 給程序員提前準(zhǔn)備程序帶來了很多不便，因?yàn)樵诔绦驕?zhǔn)備過程中，程編員不知道拼裝夾具的具體高度或者零件在工作臺上的具體安裝位置。這樣只有等夾具拼裝好或知道了零件在工作臺上的具體位置，才能根據(jù)實(shí)際情況編制程序，否則程編員無法提前做好程序準(zhǔn)備。

2） 操作者裝好零件后也不能馬上加工，必須等待程編員根據(jù)剛給出的夾具高度和位置數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和編程，造成時間上的浪費(fèi)。

3） 程編員每次拿到的夾具和位置數(shù)據(jù)都不同，這樣每批同樣的零件甚至每批中的每個零件都要編制一次程序，此次編制的程序就是加工出了合格產(chǎn)品，程序也無法歸檔，下次又要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)調(diào)整，這樣就導(dǎo)致程序頻繁修改，技術(shù)準(zhǔn)備時間緩慢、效率低、程序容易出錯、零件加工質(zhì)量不穩(wěn)定。

3 解決方法

針對傳統(tǒng)加工方法的不足，如今利用空間角度之間的相互關(guān)系，徹底地解決了大、重型零件的加工難題。下面就加工方法說明如下：

1）假設(shè)夾具高度為零或不考慮夾具；2）假設(shè)零件的編程原點(diǎn)與轉(zhuǎn)臺中心重合，不考慮零件的實(shí)際位置；3）利用空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)及零點(diǎn)的偏移公式對零件工作坐標(biāo)系的原點(diǎn)相對于機(jī)床工作臺中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、偏移編制數(shù)控程序。

4 編程原理

編程基于的理論基礎(chǔ)：

4.1 利用空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)公式

4.2 原理分析

把零件放在工作臺任意位置，利用零件G54與工作臺旋轉(zhuǎn)中心X方向距離與Z方向距離之間的位置關(guān)系（Y軸關(guān)系不變），在零件周圍不同角度的加工面上設(shè)置G54、G55、G56……有多少個角度面就在程序上設(shè)置多少個零點(diǎn)，用三角公式定義新的坐標(biāo)關(guān)系中的G54、G55、 G56……等的Z值、X值。實(shí)際上也是將加工工作坐標(biāo)系與編程原點(diǎn)分離。

編程原點(diǎn)在不同的旋轉(zhuǎn)角度下，相對于工作臺中心有不同的值，此值必須偏移到機(jī)床上所設(shè)的工作坐標(biāo)系中，加工某角度下內(nèi)容就對應(yīng)一個X、Z值的偏移量。這也就是為什么出現(xiàn)了G54、G55、G56……的原因，這與普通在工件上設(shè)置多個工作坐標(biāo)系是不同的，我們知道，多個工作坐標(biāo)系對應(yīng)多個編程原點(diǎn)，而此方法編程時只有一個編程原點(diǎn)，這也就是上圖中G54、G55、G56的偏值機(jī)械原點(diǎn)是一樣的。

5 結(jié)論

通過此次編程方法的改進(jìn)，體現(xiàn)了合理利用空間角度公式在數(shù)控加工的重要性，開拓了我們在多軸編程加工中的思路，解決了一系列大型復(fù)雜零件的加工問題，目前大型零件的加工已不存在困難，而加工效率、加工質(zhì)量等方面較以前都有很大的提高。

[1]顧京.數(shù)控機(jī)床加工程序編制.高等職業(yè)技術(shù)教育機(jī)電類專 業(yè)教材編委會，1996.

[2]何滿才.三維造型設(shè)計(jì)[M].人民郵電出版社，2003.

[3]孫江紅，陳秀梅.Pro/ENGINEER 2001.數(shù)控加工教程， 2003.

TH18

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1674-6708（2010）28-0160-01