數(shù)控鏜銑床3+1軸加工自動(dòng)補(bǔ)償工件零點(diǎn)偏置的應(yīng)用

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序言四軸臥式鏜銑床加工圓形陣列分布特征或多面體一般采用3+1軸定位方式加工。一般操作者會將工件調(diào)整至對稱中心與工作臺旋轉(zhuǎn)中心重合，利用旋轉(zhuǎn)、對稱原理編程加工。但這種常用的加工方法，一方面對工件的裝夾、找正要求比較高，工件需通過反復(fù)打表校正圓心偏差，并通過反復(fù)調(diào)整使特征陣列分布圓中心與機(jī)床旋轉(zhuǎn)中心重合，操作復(fù)雜、效率低；另一方面，當(dāng)工件半徑大于刀軸端面到機(jī)床旋轉(zhuǎn)中心的距離時(shí)（雖工件尺寸未超過工作臺尺寸），就無法實(shí)現(xiàn)同心裝夾，需轉(zhuǎn)移到更大的四軸機(jī)床實(shí)現(xiàn)同心裝夾和旋轉(zhuǎn)對稱加工。如果不騰挪機(jī)床，工件就只能偏心裝夾，每編程加工完一處特征后，需要旋轉(zhuǎn)、重新找正工件，并重新對刀后調(diào)用原程序加工，這樣雖可以保留用小機(jī)床加工，但是需反復(fù)旋轉(zhuǎn)、找正和對刀，不僅操作困難，而且基準(zhǔn)反復(fù)變化，無法保證加工精度。因此，亟待找出一種加工方法，既能夠?qū)崿F(xiàn)工件的偏心裝夾，保證小四軸機(jī)床能夠加工此類圓形陣列分布特征和多面體工件，又能夠減少找正、對刀次數(shù)，能夠?qū)⒐ぜ鴺?biāo)系變動(dòng)偏移值精確補(bǔ)償?shù)搅泓c(diǎn)偏置中，保證加工的準(zhǔn)確性。本文提出一種工作臺旋轉(zhuǎn)任意角度后工件坐標(biāo)系零點(diǎn)偏置自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ軌驅(qū)崿F(xiàn)此類圓形陣列分布特征和多面體工件的準(zhǔn)確高效加工。2

工件隨回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)后的分析臥式數(shù)控鏜銑床3+1軸定位加工如圖1所示，工件為一段大直徑圓弧板（見圖2），需要加工多個(gè)呈圓形陣列分布的矩形腔。加工俯視圖如圖3所示，圓弧工件的半徑R遠(yuǎn)大于工作臺的回轉(zhuǎn)半徑，工件圓心與工作臺旋轉(zhuǎn)中心相距甚遠(yuǎn)，擺放角度任意。初始設(shè)定加工坐標(biāo)系，需要求解工件隨工作臺旋轉(zhuǎn)任意角度后相對初始設(shè)定坐標(biāo)系的坐標(biāo)值。圖13+1軸定位加工示意圖2大直徑圓弧板工件

圖33+1軸定位加工俯視旋轉(zhuǎn)幾何分析如圖4所示，O為工作臺旋轉(zhuǎn)中心，O1為工件圓心初始位置，在原坐標(biāo)①點(diǎn)（即G1點(diǎn)）設(shè)置初始加工坐標(biāo)系，C1為待加工位置，∠G1O1C1=α。工作臺旋轉(zhuǎn)α角度才能使C1正對主軸，相當(dāng)于工件繞工作臺旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)α角度，O1旋轉(zhuǎn)至O2，A1旋轉(zhuǎn)至A2，B1旋轉(zhuǎn)至B2，以此類推，F(xiàn)1旋轉(zhuǎn)至F2。將工作臺旋轉(zhuǎn)中心O點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)值XMCS設(shè)為參數(shù)R30，ZMCS設(shè)為參數(shù)R31，工件圓半徑R、旋轉(zhuǎn)角度α分別設(shè)為參數(shù)R1、R2。求解工件隨工作臺旋轉(zhuǎn)任意角度后相對初始設(shè)定坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，實(shí)際就是求②點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)值，將該值自動(dòng)寫入加工坐標(biāo)系的零點(diǎn)偏置。圖4旋轉(zhuǎn)幾何分析由圖4可知①點(diǎn)的坐標(biāo)為XMCS1=B1D1+R30，ZMCS1=E1G1+R31，②點(diǎn)的坐標(biāo)X

MCS2=A2H2+R30，ZMCS2=J2C2+R31。求②點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)值實(shí)際為求解線段A2H2、J2C2的長度。推導(dǎo)過程如下。O1C1=O2C2=O1G1=工件的圓半徑R=R1D1C1=O1C1sinα=Rsinα，設(shè)為參數(shù)R24O1D1=Rcosα

D1G1=O1G1－O1D1=R－Rcosα，設(shè)為參數(shù)R26從①點(diǎn)到②點(diǎn)即工作臺旋轉(zhuǎn)α角度，得到根據(jù)全等三角形原理：因此：同理：根據(jù)全等三角形原理：因此：為了公式簡便及參數(shù)化，再設(shè)①點(diǎn)的X向坐標(biāo)為參數(shù)R81，Z向坐標(biāo)為參數(shù)R83，即X=B1D1+R30=R81，Z=E1G1+R31=R83。設(shè)②點(diǎn)未旋轉(zhuǎn)時(shí)原C1點(diǎn)X向坐標(biāo)為參數(shù)R86，Z向坐標(biāo)為參數(shù)R87，即R86=R81+R24，R87=R83+R26。則因此②點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)值為3

坐標(biāo)驗(yàn)證坐標(biāo)驗(yàn)證如圖5所示，工件有①～⑨共9個(gè)加工位置，相關(guān)尺寸已標(biāo)出，現(xiàn)驗(yàn)證式（3）、式（4）。假設(shè)工作臺旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)為XMCS=5000，ZMCS=－1200。從中選出每90°的位置進(jìn)行圖示，工作臺旋轉(zhuǎn)位置變化如圖6所示。圖5坐標(biāo)驗(yàn)證示意

圖6工作臺旋轉(zhuǎn)位置變化示意經(jīng)過推算與計(jì)算得到的機(jī)床坐標(biāo)，與實(shí)際測量得到的機(jī)床坐標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，具體見表1。從表1中的數(shù)據(jù)可看出，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)一致，表明推算與計(jì)算方式正確。表1坐標(biāo)驗(yàn)證4

工件坐標(biāo)系零點(diǎn)偏置自動(dòng)補(bǔ)償程序編制根據(jù)前文推算的②點(diǎn)的坐標(biāo)公式，以西門子840D/840Dsl系統(tǒng)的編寫方式編寫。4.1主程序MSG，臥式機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)任意角度后自動(dòng)計(jì)算工件零點(diǎn)偏置。

4.2子程序L1

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加工應(yīng)用5.1確定工作臺旋轉(zhuǎn)中心（1）X向旋轉(zhuǎn)中心的確定工作臺Z向大約中心處（X向隨意）吸附一只千分表，主軸上裝一個(gè)檢驗(yàn)棒，設(shè)定此位置為工作臺零度。移動(dòng)機(jī)床使檢驗(yàn)棒的側(cè)母線與表針接觸，移動(dòng)Y軸找到最高點(diǎn)，記下X向機(jī)床坐標(biāo)MX1。工作臺轉(zhuǎn)180°，同上步驟操作使表針讀數(shù)與0°時(shí)保持一致，記下X向機(jī)床坐標(biāo)MX2。那么X向旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)即為R30=（MX1+MX2）/2。（2）Z向旋轉(zhuǎn)中心的確定工作臺Z向大約中心處（X向隨意）裝一試切工件，B軸設(shè)0°。以一把作為基準(zhǔn)的刀（為方便后續(xù)加刀長補(bǔ)償）精銑工件的一面，記下Z向機(jī)床坐標(biāo)MZ1，工作臺轉(zhuǎn)180°精銑工件的另一面，記下Z向機(jī)床坐標(biāo)MZ2，用千分尺測量試切工件的厚度W，那么Z向旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)即為R31=（MZ1+MZ2－W）/2。5.2裝夾、校正弧形工件弧形工件按便于加工的任意位置放于工作臺上，拉平弧形工件兩端并設(shè)定B0，以兩端和上下分中設(shè)定工件坐標(biāo)系（此為源坐標(biāo)系），同時(shí)檢測弧形工件的圓弧是否正確或者是否變形。5.3Z向?qū)Φ队脺yZ向旋轉(zhuǎn)中心時(shí)所使用的作為基準(zhǔn)的刀，在X0處圓弧最高點(diǎn)對刀Z0。5.4加工調(diào)用編制的主程序和子程序進(jìn)行試加工，檢測各個(gè)位置是否有加工余量，Z向偏移安全距離后試運(yùn)行程序。檢測之后正式加工，后續(xù)用其他刀具加工時(shí)只能加刀長補(bǔ)償，不能再進(jìn)行對刀。加工過程及成品分別如圖7、圖8所示。圖7實(shí)際加工過程圖8加工成品6

結(jié)束語本文提出了一種工作臺旋轉(zhuǎn)任意角度后工件坐標(biāo)系零點(diǎn)偏置自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎㄟ^圖形分析演算、坐標(biāo)驗(yàn)證、程序編制以及試加工，成功驗(yàn)證其正確性。這種方法解決了工作臺旋轉(zhuǎn)后坐標(biāo)系變化的加工技術(shù)難