極坐標(biāo)插補功能在車銑復(fù)合加工中心的研究
在激烈競爭的今天，產(chǎn)品的個性化、多樣化會在一定 程度上提升產(chǎn)品的競爭力。對于復(fù)雜零件的加工，在機械行 業(yè)，從工藝上來講主要有工序分散和工序集中兩大原則。工 序分散是傳統(tǒng)的加工工藝，每臺機床只完成一道或幾道工 序。工序集中是在一次裝夾過程中完成許多工序或全部工 序。例如要加工一個端面有外形輪廓的回轉(zhuǎn)體零件，釆用傳 統(tǒng)的加工方法只能是在普通的精工車床上加工回轉(zhuǎn)體部分， 然后在精工銑床上裝夾找正，繼續(xù)端面外形輪廓的加工。這 樣的工藝不能在一次裝夾過程中完成所有工序的加工，工件 的二次裝夾，勢必影響零件的相互位置加工精度和生產(chǎn)效 率；如果釆用工序集中的工藝方法，就要有工序高度復(fù)合的 機床，車銑復(fù)合加工中心的出現(xiàn)，就為工序集中提供了機床保障。車銑復(fù)合加工中心是在直角坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，增加了 極坐標(biāo)系功能，使得精工機床在一次裝夾后既能進(jìn)行外圓柱 面加工又能進(jìn)行回轉(zhuǎn)體類零件端面多邊形輪廓或多邊形凹 槽的加工。甚至還可以在工件端面進(jìn)行盤形凸輪和刻字加工。1、車銑復(fù)合加工中心的相關(guān)坐標(biāo)及切削運動 圖一車銑復(fù)合相關(guān)坐標(biāo) 圖二極坐標(biāo)銑削模式 中的X軸和c軸 精工車床在編程時使用右手直角笛卡爾坐標(biāo)系，但是在 端面加工編程時使用極坐標(biāo)系，這個坐標(biāo)系的建立是在與車 床Z軸垂直的平面內(nèi)，由互相垂直的虛軸（C軸）和實軸（X 軸）組成，極坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點與程序原點重合，虛軸C軸 的單位不是度，而是毫米，且用半徑值表示。一般的車銑復(fù)合加工中心都有兩種加工模式，根據(jù)加工 零件的結(jié)構(gòu)使用不同的刀具系統(tǒng)，在其不同的加工模式支持 下進(jìn)行加工。常用的加工模式：一是普通的車削加工模式， 在該模式下，車銑復(fù)合就等同于常規(guī)精工車床，工件的旋轉(zhuǎn) 運動為主運動，主要動力來源于主軸伺服電動機，進(jìn)給運動 有車刀的縱向或橫向來完成，主要在X-Z平面內(nèi)進(jìn)行加工。 二是具有動力功能的銑削加工模式，在該模式下，工件的回轉(zhuǎn)（C軸的回轉(zhuǎn)）不再是主運動，它和X、Z軸一起完成進(jìn)給 運動。而主運動切換到高速回轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)類刀具，它的動力主 要有C軸伺服電動機來提供。在該模式下，機床具有X、Z 和C (繞Z軸旋轉(zhuǎn)的軸，簡稱C軸）三個坐標(biāo)軸，此時兩軸 聯(lián)動機床變成三軸聯(lián)動控制，當(dāng)然也可以進(jìn)行二維坐標(biāo)編 程。主要是在X-Z平面；X-C極坐標(biāo)平面；Z-C柱面。由于 篇幅有限這里只研究X-C極坐標(biāo)平面的應(yīng)用。2、 極坐標(biāo)插補功能對的定義極坐標(biāo)插補功能是將輪廓控制由直角坐標(biāo)系中編程的指 令轉(zhuǎn)換成一個直線軸運動（刀具的運動）和一個回轉(zhuǎn)軸的運 動（工件的回轉(zhuǎn)）。即將X-C極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)系， 執(zhí)行極坐標(biāo)插補指令后坐標(biāo)原點仍為原工件坐標(biāo)系的原點， 垂直于X軸的假想直線軸為C’軸，現(xiàn)在的C’軸不再是原 來表示工件回轉(zhuǎn)角度的C軸而是表示長度的直線C’軸。如 圖二，這種方法主要用于車床上切削端面或端面凸輪。3、 極坐標(biāo)插補功能 指令格式：N…G12.1 啟動極坐標(biāo)插補方式N…G13.1 極坐標(biāo)插補方式取消指令說明及編程注意事項：(1) 在程序編制中實軸X的坐標(biāo)用直徑值表示，虛軸C 的坐標(biāo)用半徑值表示，不能用角度表示。(2) 極坐標(biāo)插補模式下刀具半徑補償算法與其它坐標(biāo)模式下算法不同，因此在機床處于刀具補償模式下，G12.1指 令不能被執(zhí)行，要想執(zhí)行G12.1插補模式機床必須處于刀具 補償取消狀態(tài)。(3) 在指定指令G12.1之前，必須設(shè)定一個工件坐標(biāo)系， 回轉(zhuǎn)軸中心是該坐標(biāo)系的原點，且在G12.1方式中，坐標(biāo)系 絕對不能改變。(4) 在執(zhí)行G12.1指令過程中，不能使系統(tǒng)復(fù)位或斷開 電源等操作，否則極坐標(biāo)插補被取消。刀具將撞向工件，造 成刀具損壞或損壞機床。(5) 在使用刀具半徑補償模式時，注意銑刀半徑輸入機 床，否則造成工件過切或欠切。(6) 啟動極坐標(biāo)插補方式G12.1，極坐標(biāo)插補方式取消 G13.1必須在單個程序段內(nèi)使用。4、回轉(zhuǎn)軸的切削進(jìn)給速度極坐標(biāo)插補將直角坐標(biāo)系中的刀具運動轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)軸 (C-軸）和直線軸（Z-軸）的刀具運動，當(dāng)?shù)毒咭苿拥娇旖?近工件中心時，進(jìn)給速度的C-軸分量變大，會超過C-軸的 ******切削進(jìn)給速度（由機床參數(shù)設(shè)定），產(chǎn)生報警，為防止 C-軸分量超過C-軸******切削進(jìn)給速度，應(yīng)降低F地址指令的 進(jìn)給速度，或者編程程序使刀具不能接近工件中心。如圖三，在直線L1、L2和L3中，AX是刀具在直角坐 標(biāo)系中進(jìn)給速度為F的單位時間內(nèi)移動的距離，當(dāng)?shù)毒邚腖1 移動到L2和L3時，刀具在直角坐標(biāo)系中對應(yīng)于AX每單位 時間移動角度增加從a1到a2到a3。換句話說，進(jìn)給速度的c-軸分量在刀具接近工件中心時變大了。因為在直角坐標(biāo) 系中的刀具運動已經(jīng)轉(zhuǎn)換為C-軸和X-軸的刀具運動，進(jìn)給 速度的c分量會超過c-軸的******切削進(jìn)給速度。L：當(dāng)?shù)毒咧行慕咏ぜ行臅r刀具中心和工件中心之間 的距離（以mm為單位）RC軸的******切削進(jìn)給速度（deg/min) 則,在極坐標(biāo)插補中可以用地址F指令的速度可由下列 給出，指令的速度允許值，由該式計算，且提供理論值；實 際使用時，由于計算誤差，必須使用比理論值稍小一些的值。5、極坐標(biāo)插補功能應(yīng)用案例（外六角堵頭的加工)由于篇幅有限，本零件非極坐標(biāo)插補程序?qū)⑹∪?，在這 里只編制端面外六方輪廓程序（極坐標(biāo)插補功能的應(yīng)用）。在編程之前,須確定加工時刀具所經(jīng)過的工件各點在極 坐標(biāo)系XOZ中的坐標(biāo)值（X向為直徑值，C向為半徑值）， 刀具的切削路線為（如圖四）：PA-P1-P2-P3-P4-P5-P6-PE, 坐標(biāo)值為：PA(X36.4,C17)P1(X36.4,C10.5)P2(X36.4, C-10.5)P3(X0，C-21)P4(X-36.4，C-10.5)P5(X-36.4, C10.5)P6(X0，C21)PE(X46，C7.7)。 參考程序： 說明 00003; 程序名 T1010; 設(shè)定刀具 G94F150; 定義進(jìn)給量 G97S1500M13; 設(shè)定銑刀轉(zhuǎn)速 M52; 啟動C軸，進(jìn)入銑削狀態(tài) G12.1; 極坐標(biāo)插補生效 G41G01X36.4C17F200; 進(jìn)行刀具半徑左補償 Z-34; 刀具定位至Z-34處 X36.4C10.5; 刀具由PA-P1 C-10.5; 刀具由P1-P2 X0C-21; 刀具由P2-P3 X-36.4C-10.5; 刀具由P3-P4 C10.5; 刀具由P4-P5 X0C21; 刀具由P5-P6 X46C7.7; 刀具由P6-PE Z5； 刀具退刀至Z5處 G40X60Z10； 取消刀具半徑補償 G13.1； 取消極坐標(biāo)插補模式 M53； 取消C軸，機床退出銑削狀 態(tài)，進(jìn)入車削狀態(tài) M15； 銑刀旋轉(zhuǎn)停止 G0X80Z100； 退刀至安全位置 M30； 程序結(jié)束 結(jié)束語目前的車銑復(fù)合加工中心正朝著更大工藝范圍、更高效 率、大型化以及模塊化的方向發(fā)展，已不再局限于三軸聯(lián)動 的車銑中心，在國外已有五軸聯(lián)動的以車為主同時兼顧強大 功能的銑、磨等工作復(fù)合的多功能機床。運用在航空航天、 精密制造、汽車制造等各個領(lǐng)域。其優(yōu)點是工序高度集中， 在一次裝夾后完成大部分或全部工序，從而提高零件的行為 精度及生產(chǎn)效率提供了有力保證。但是車銑復(fù)合加工機床在 我國的使用才剛剛起步，還有很多問題需要解決，特別是加 工工藝、編程技術(shù)、機床維護、生產(chǎn)管理等領(lǐng)域也急需研究 提高。值得慶幸的是有很多院校和企業(yè)已加入研制工序高度 復(fù)合的機床行列。本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明！