五轴数控机床加工大机匣的编程方法研究

2010-06-13刘伟淋杨建辉

科技传播 2010年19期

关键词：原点夹具数控机床

刘伟淋，杨建辉，李军，林虎，章灿，郭坤

中航工业南方航空工业（集团）有限公司，湖南株洲 412002

五轴数控机床加工大机匣的编程方法研究

刘伟淋，杨建辉，李军，林虎，章灿，郭坤

中航工业南方航空工业（集团）有限公司，湖南株洲 412002

针对大、重型机匣类零件在多轴加工中数控程序的编制受到零件大小、重量，有无数控夹具，每次加工夹具高度是否相同等诸多因素的限制，而使得编程过程繁琐复杂的现象，研究了一套实施性很强的编程加工方法，该方法为多轴编程领域开拓了新的天地，对于各种大、重型零件的多轴加工都具有重要指导意义。

五轴机床；大机匣；编程；稳定质量

0 引言

近几年随着数控设备的高速发展，五轴数控机床在很多企业都得到普及。如今利用五轴机床数控加工已成为了各企业合并工序、缩短流程、稳定质量，提高效率的有效方法及发展方向。

1 五轴数控机床加工大、重型零件的难点分析

在五轴加工中心上加工零件时，通常是将零件工作坐标系的原点定在B或C转台的中心，以便于零件的找正和多方位加工。在被加工零件的6个面中，除支靠面以外，另外5个面的加工内容都可以通过旋转机床B、C转台的角度，使机床主轴指向被加工面把零件加工出来。

而部分大、重型的机匣类零件在五轴数控机床上加工时，由于自身太重，只能用吊车吊上机床，零件在机床上摆在什么位置就在什么位置固定夹紧，无法将零件中心敲到与机床转台同心，那么在机床转动转台加工周边的多个面上的内容时，转台每转动一个角度，零件中心相对于机床转台中心都发生了变化，以至机床转台每转动一个角度都要根据零件转动后的实际位置编制一个数控程序，程编员工作量非常大，零件的加工效率很低，产品质量极不稳定。加工大、重型零件存在以下几个问题：

1）有些零件很难将零件中心放置在工作台转盘的中心;

2）零件支靠面和尺寸基准不在同一位置，零件编程所设原点在零件支靠面上，其与尺寸基准的差值影响到零件的位置;

3）零件因为定位间隙及重力造成零件角向的偏摆而使零件超差。

2 加工中暴露出的弊端

对于以上3种情况的零件，我们以往的处理方法是针对每批零件不同的摆放位置和不同的夹具高度编制不同的程序，这样的加工方法在实际加工中显现出了很多弊端：

1）给程序员提前准备程序带来了很多不便，因为在程序准备过程中，程编员不知道拼装夹具的具体高度或者零件在工作台上的具体安装位置。这样只有等夹具拼装好或知道了零件在工作台上的具体位置，才能根据实际情况编制程序，否则程编员无法提前做好程序准备。

2）操作者装好零件后也不能马上加工，必须等待程编员根据刚给出的夹具高度和位置数据进行处理和编程，造成时间上的浪费。

3）程编员每次拿到的夹具和位置数据都不同，这样每批同样的零件甚至每批中的每个零件都要编制一次程序，此次编制的程序就是加工出了合格产品，程序也无法归档，下次又要根据不同的数据调整，这样就导致程序频繁修改，技术准备时间缓慢、效率低、程序容易出错、零件加工质量不稳定。

3 解决方法

针对传统加工方法的不足，如今利用空间角度之间的相互关系，彻底地解决了大、重型零件的加工难题。下面就加工方法说明如下：

1）假设夹具高度为零或不考虑夹具；2）假设零件的编程原点与转台中心重合，不考虑零件的实际位置；3）利用空间坐标系的坐标旋转及零点的偏移公式对零件工作坐标系的原点相对于机床工作台中心进行旋转、偏移编制数控程序。

4 编程原理

编程基于的理论基础：

4.1 利用空间坐标系的坐标旋转公式

4.2 原理分析

把零件放在工作台任意位置，利用零件G54与工作台旋转中心X方向距离与Z方向距离之间的位置关系（Y轴关系不变），在零件周围不同角度的加工面上设置G54、G55、G56……有多少个角度面就在程序上设置多少个零点，用三角公式定义新的坐标关系中的G54、G55、 G56……等的Z值、X值。实际上也是将加工工作坐标系与编程原点分离。

编程原点在不同的旋转角度下，相对于工作台中心有不同的值，此值必须偏移到机床上所设的工作坐标系中，加工某角度下内容就对应一个X、Z值的偏移量。这也就是为什么出现了G54、G55、G56……的原因，这与普通在工件上设置多个工作坐标系是不同的，我们知道，多个工作坐标系对应多个编程原点，而此方法编程时只有一个编程原点，这也就是上图中G54、G55、G56的偏值机械原点是一样的。