極坐標(biāo)插補(bǔ)功能在車銑復(fù)合加工中心的研究
在激烈競(jìng)爭(zhēng)的今天，產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化會(huì)在一定 程度上提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于復(fù)雜零件的加工，在機(jī)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(tái)機(jī)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(gè)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(shì)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(jī)床，車銑復(fù)合加工中心的出現(xiàn)，就為工序集中提供了機(jī)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(jī)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(yùn)動(dòng) 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(shí)使用右手直角笛卡爾坐標(biāo)系，但是在 端面加工編程時(shí)使用極坐標(biāo)系，這個(gè)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(shí)軸（X 軸）組成，極坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)與程序原點(diǎn)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(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，主要?jiǎng)恿碓从谥鬏S伺服電動(dòng)機(jī)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 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(dòng)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(yùn)動(dòng)，它和X、Z軸一起完成進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)。而主運(yùn)動(dòng)切換到高速回轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)類刀具，它的動(dòng)力主 要有C軸伺服電動(dòng)機(jī)來提供。在該模式下，機(jī)床具有X、Z 和C (繞Z軸旋轉(zhuǎn)的軸，簡(jiǎn)稱C軸）三個(gè)坐標(biāo)軸，此時(shí)兩軸 聯(lián)動(dòng)機(jī)床變成三軸聯(lián)動(dòng)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(bǔ)功能對(duì)的定義極坐標(biāo)插補(bǔ)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(gè)直線軸運(yùn)動(dòng)（刀具的運(yùn)動(dòng)）和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸的運(yùn) 動(dòng)（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(bǔ)指令后坐標(biāo)原點(diǎn)仍為原工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)， 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(zhǎng)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(bǔ)功能 指令格式：N…G12.1 啟動(dòng)極坐標(biāo)插補(bǔ)方式N…G13.1 極坐標(biāo)插補(bǔ)方式取消指令說明及編程注意事項(xiàng)：(1) 在程序編制中實(shí)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(bǔ)模式下刀具半徑補(bǔ)償算法與其它坐標(biāo)模式下算法不同，因此在機(jī)床處于刀具補(bǔ)償模式下，G12.1指 令不能被執(zhí)行，要想執(zhí)行G12.1插補(bǔ)模式機(jī)床必須處于刀具 補(bǔ)償取消狀態(tài)。(3) 在指定指令G12.1之前，必須設(shè)定一個(gè)工件坐標(biāo)系， 回轉(zhuǎn)軸中心是該坐標(biāo)系的原點(diǎn)，且在G12.1方式中，坐標(biāo)系 絕對(duì)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(bǔ)被取消。刀具將撞向工件，造 成刀具損壞或損壞機(jī)床。(5) 在使用刀具半徑補(bǔ)償模式時(shí)，注意銑刀半徑輸入機(jī) 床，否則造成工件過切或欠切。(6) 啟動(dòng)極坐標(biāo)插補(bǔ)方式G12.1，極坐標(biāo)插補(bǔ)方式取消 G13.1必須在單個(gè)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(bǔ)將直角坐標(biāo)系中的刀具運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)軸 (C-軸）和直線軸（Z-軸）的刀具運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)毒咭苿?dòng)到快接 近工件中心時(shí)，進(jìn)給速度的C-軸分量變大，會(huì)超過C-軸的 最大切削進(jìn)給速度（由機(jī)床參數(shù)設(shè)定），產(chǎn)生報(bào)警，為防止 C-軸分量超過C-軸最大切削進(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(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離，當(dāng)?shù)毒邚腖1 移動(dòng)到L2和L3時(shí)，刀具在直角坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)于AX每單位 時(shí)間移動(dòng)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(shí)變大了。因?yàn)樵谥苯亲鴺?biāo) 系中的刀具運(yùn)動(dòng)已經(jīng)轉(zhuǎn)換為C-軸和X-軸的刀具運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給 速度的c分量會(huì)超過c-軸的最大切削進(jìn)給速度。L：當(dāng)?shù)毒咧行慕咏ぜ行臅r(shí)刀具中心和工件中心之間 的距離（以mm為單位）RC軸的最大切削進(jìn)給速度（deg/min) 則,在極坐標(biāo)插補(bǔ)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(jì)算，且提供理論值；實(shí) 際使用時(shí)，由于計(jì)算誤差，必須使用比理論值稍小一些的值。5、極坐標(biāo)插補(bǔ)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(bǔ)程序?qū)⑹∪ィ谶@ 里只編制端面外六方輪廓程序（極坐標(biāo)插補(bǔ)功能的應(yīng)用）。在編程之前,須確定加工時(shí)刀具所經(jīng)過的工件各點(diǎn)在極 坐標(biāo)系XOZ中的坐標(biāo)值（X向?yàn)橹睆街担珻向?yàn)榘霃街担?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(dòng)C軸，進(jìn)入銑削狀態(tài) G12.1; 極坐標(biāo)插補(bǔ)生效 G41G01X36.4C17F200; 進(jìn)行刀具半徑左補(bǔ)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(bǔ)償 G13.1； 取消極坐標(biāo)插補(bǔ)模式 M53； 取消C軸，機(jī)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(dòng) 的車銑中心，在國(guó)外已有五軸聯(lián)動(dòng)的以車為主同時(shí)兼顧強(qiáng)大 功能的銑、磨等工作復(fù)合的多功能機(jī)床。運(yùn)用在航空航天、 精密制造、汽車制造等各個(gè)領(lǐng)域。其優(yōu)點(diǎn)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(jī)床在 我國(guó)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(jī)床維護(hù)、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(jī)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(qǐng)注明！