偏心轴（孔）类零件的数控加工通用宏程序开发

2015-12-31刘培跃

机械工程与自动化 2015年1期

刘培跃

（石家庄职业技术学院，河北石家庄 050081）

0 引言

偏心轴（孔）类零件可以在普通车床上加工，单件或小批量生产时可使用自定心三爪卡盘，并在其中一个卡爪上安装垫片，使工件被三爪所夹住的定位圆与要加工的偏心回转面偏心。也可以使用四爪卡盘，由相邻两个卡爪定位，另两个卡爪夹紧，调整好四爪回转轴线与主轴轴线偏移量后也可以加工出偏心轴（孔）。当生产批量较大时，为提高生产效率和使定位准确需设计生产专用夹具，但成本有所提高。无论采用哪种偏心处理，生产过程中必须要将偏心加工工序与非偏心加工工序分开进行，而零件装夹次数增多会影响零件精度，同时降低了加工效率。

数控车床以其效率高、柔性好的特点大量普及，本文尝试使用数控车床，在不做机械偏心的前提下，开发偏心轴（孔）加工通用性宏程序，由宏变量控制主轴回转与刀具径向规律性联动，达到加工偏心轴（孔）的目的。

1 偏心轴车削刀路分析与数学处理

图1为一个偏心轴零件示意图。毛坯直径为D，偏心圆半径为r，偏心距为e。以毛坯轴线为回转轴加工偏心轴时，在数控车床主轴旋转的同时，刀架的径向运动应以主轴回转一周为一周期做前后往复运动，即刀具的x坐标应与主轴的回转角度以某种关系实时联动起来，同时，刀具应以用户规定的进给量在z轴匀速进给。

1.1 x坐标与主轴旋转角度的关系

如图1所示，假设刀具正在切削半径为r，偏心距为e的偏心轴上，刀尖当前位置为P点，此时主轴回转角度为θ，则刀尖的当前x轴坐标应为图1中的OP线段长度a的2倍（即2a）。由余弦定理可知，a，r，e和角度θ有如下关系：

变换得：

在生产实际中，偏心距e不能大于偏心轴半径r，因此：

这样，当以数控车床主轴回转角度θ为循环变量表示主轴位置时，车刀的实时x坐标可由式（3）计算出来。

1.2 合成进给速度的计算

1.3 径向多次进给时的主轴定向问题

与车削同心轴不同，偏心轴车削径向进给后，当z向开始进给时主轴的旋转角度应与前一刀严格一致，否则偏心轴的轴线偏移方向将是随机的，会导致偏心轴车削失败，因此在正常切削进给前加入G32引导程序段，如图2所示。G32指令运行时与G01、G02、G03等准备功能不同，其刀具的轴线进给时刻不是随机的，只有当数控系统接收到主轴脉冲编码器发出的zero脉冲信号后才可驱动z轴电机进给，因此G32指令在车削螺纹多次进给时才不会乱加。车削偏心轴时由G32引导G01，二者之间不允许做暂停，能有效解决主轴的定向问题，另外还需注意，在切削过程中不允许操作者改变机床操作面板上的进给倍率修调旋钮（G32进给倍率修调将被屏蔽，其他插补功能不会屏蔽）。

2 宏程序的调用

数控系统不仅可以进行常量编程，而且还为编程扩展提供了宏程序开发功能。宏程序以变量编程，其形式自由，应用灵活，具备计算机高级语言的变量赋值、逻辑运算及条件转移和变量循环等程序流程控制方法，使得传统加工中难加工的诸如非圆曲线类等零件的加工问题得到很好的解决。

图1 偏心轴示意图

图2 G32引导示意图

宏变量可以与常量混合出现在数控程序中，也可以作为子程序由主程序调用。其调用指令格式为：G65P（宏程序号）L（重复次数）（变量分配）。其中，G65为宏程序调用指令，P（宏程序号）为宏程序名，L（重复次数）为宏程序重复调用的次数，重复次数为1时，可省略不写，取值范围为1～9 999，（变量分配）为宏程序中的宏变量赋常量。宏变量可分为局部变量（＃1～＃33）、公共变量（＃100～＃199，＃500～＃599）以及系统变量（＃1000～＃5335）。

变量可以以MDI方式或在程序中直接以＃＿＝数值的形式赋值，当宏程序以子程序形式出现时则需要在程序调用时以引数进形式分配。车削偏心轴的通用宏子程序共用到毛坯直径、偏心距、右端面z坐标等11个局部变量，变量名称及引数地址如下：