偏心軸（孔）類零件的數(shù)控加工通用宏程序開發(fā)

劉培躍

（石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)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(chǎn)時(shí)可使用自定心三爪卡盤，并在其中一個(gè)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(zhuǎn)面偏心。也可以使用四爪卡盤，由相鄰兩個(gè)卡爪定位，另兩個(gè)卡爪夾緊，調(diào)整好四爪回轉(zhuǎn)軸線與主軸軸線偏移量后也可以加工出偏心軸（孔）。當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)，為提高生產(chǎn)效率和使定位準(zhǔn)確需設(shè)計(jì)生產(chǎn)專用夾具，但成本有所提高。無論采用哪種偏心處理，生產(chǎn)過程中必須要將偏心加工工序與非偏心加工工序分開進(jìn)行，而零件裝夾次數(shù)增多會(huì)影響零件精度，同時(shí)降低了加工效率。

數(shù)控車床以其效率高、柔性好的特點(diǎn)大量普及，本文嘗試使用數(shù)控車床，在不做機(jī)械偏心的前提下，開發(fā)偏心軸（孔）加工通用性宏程序，由宏變量控制主軸回轉(zhuǎn)與刀具徑向規(guī)律性聯(lián)動(dòng)，達(dá)到加工偏心軸（孔）的目的。

1 偏心軸車削刀路分析與數(shù)學(xué)處理

圖1為一個(gè)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(zhuǎn)軸加工偏心軸時(shí)，在數(shù)控車床主軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，刀架的徑向運(yùn)動(dòng)應(yīng)以主軸回轉(zhuǎn)一周為一周期做前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即刀具的x坐標(biāo)應(yīng)與主軸的回轉(zhuǎn)角度以某種關(guān)系實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)起來，同時(shí)，刀具應(yīng)以用戶規(guī)定的進(jìn)給量在z軸勻速進(jìn)給。

1.1 x坐標(biāo)與主軸旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系

如圖1所示，假設(shè)刀具正在切削半徑為r，偏心距為e的偏心軸上，刀尖當(dāng)前位置為P點(diǎn)，此時(shí)主軸回轉(zhuǎn)角度為θ，則刀尖的當(dāng)前x軸坐標(biāo)應(yīng)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(guān)系：

變換得：

在生產(chǎn)實(shí)際中，偏心距e不能大于偏心軸半徑r，因此：

這樣，當(dāng)以數(shù)控車床主軸回轉(zhuǎn)角度θ為循環(huán)變量表示主軸位置時(shí)，車刀的實(shí)時(shí)x坐標(biāo)可由式（3）計(jì)算出來。

1.2 合成進(jìn)給速度的計(jì)算

1.3 徑向多次進(jìn)給時(shí)的主軸定向問題

與車削同心軸不同，偏心軸車削徑向進(jìn)給后，當(dāng)z向開始進(jìn)給時(shí)主軸的旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)與前一刀嚴(yán)格一致，否則偏心軸的軸線偏移方向?qū)⑹请S機(jī)的，會(huì)導(dǎo)致偏心軸車削失敗，因此在正常切削進(jìn)給前加入G32引導(dǎo)程序段，如圖2所示。G32指令運(yùn)行時(shí)與G01、G02、G03等準(zhǔn)備功能不同，其刀具的軸線進(jìn)給時(shí)刻不是隨機(jī)的，只有當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收到主軸脈沖編碼器發(fā)出的zero脈沖信號(hào)后才可驅(qū)動(dòng)z軸電機(jī)進(jìn)給，因此G32指令在車削螺紋多次進(jìn)給時(shí)才不會(huì)亂加。車削偏心軸時(shí)由G32引導(dǎo)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(jī)床操作面板上的進(jìn)給倍率修調(diào)旋鈕（G32進(jìn)給倍率修調(diào)將被屏蔽，其他插補(bǔ)功能不會(huì)屏蔽）。

2 宏程序的調(diào)用

數(shù)控系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行常量編程，而且還為編程擴(kuò)展提供了宏程序開發(fā)功能。宏程序以變量編程，其形式自由，應(yīng)用靈活，具備計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的變量賦值、邏輯運(yùn)算及條件轉(zhuǎn)移和變量循環(huán)等程序流程控制方法，使得傳統(tǒng)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(dǎo)示意圖

宏變量可以與常量混合出現(xiàn)在數(shù)控程序中，也可以作為子程序由主程序調(diào)用。其調(diào)用指令格式為：G65P（宏程序號(hào)）L（重復(fù)次數(shù)）（變量分配）。其中，G65為宏程序調(diào)用指令，P（宏程序號(hào)）為宏程序名，L（重復(fù)次數(shù)）為宏程序重復(fù)調(diào)用的次數(shù)，重復(fù)次數(shù)為1時(shí)，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(tǒng)變量（＃1000～＃5335）。

變量可以以MDI方式或在程序中直接以＃＿＝數(shù)值的形式賦值，當(dāng)宏程序以子程序形式出現(xiàn)時(shí)則需要在程序調(diào)用時(shí)以引數(shù)進(jìn)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(biāo)等11個(gè)局部變量，變量名稱及引數(shù)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(jù)需要指定粗加工背吃刀量、粗加工進(jìn)給量及精加工余量和進(jìn)給量。調(diào)用格式為：

宏程序流程圖如圖3所示。

宏程序內(nèi)容為：

圖3 宏程序流程圖

4 結(jié)束語

偏心軸（孔）類零件通用宏程序可以不必對(duì)零件進(jìn)行機(jī)械偏心設(shè)置，減少了工件裝夾次數(shù)，保證了零件精度。車削時(shí)要求刀具在軸向進(jìn)給的同時(shí)在徑向作高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這就要求數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度很高?；谀壳捌髽I(yè)大量使用的通用數(shù)控車削類設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)限制，在使用本程序時(shí)，不宜指定過高的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量。

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

［2］劉軍田，郭勝輝，王立坤，等.非圓截面零件數(shù)控加工中參數(shù)編程方法的研究［J］.河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，38（4）：28－35.

［3］孫德茂.數(shù)控機(jī)床車削加工直接編程技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.