某重卡发动机支架数控加工程序优化

魏 超，李晶晶，张 龙，刘 瑶，雷德力，张二超

某重卡发动机支架数控加工程序优化

魏 超，李晶晶，张 龙，刘 瑶，雷德力，张二超

（陕西华臻车辆部件有限公司，陕西 西安 710000）

近年来，随着我国汽车工业的快速发展，并逐渐成为机械制造行业中的支柱性产业，而数控技术在汽车行业起到了举足轻重的作用，尤其是体现在重卡领域关键零部件的机械加工中。对于形状/结构简单的产品来说，为方便、快捷，数控加工程序通常采用手工编程来完成。文章以某重卡发动机支架为例，针对钻四个底孔和铣3°面的加工内容进行了研究。通过对产品加工工艺进行分析，制定了两种加工工艺方案，依据工艺方案，通过FANUC 数控系统编程，对方案A和方案B两种手工编程方法进行了对比分析，经现场多次实践，并得出结论，方案B通过应用G68旋转指令，简化了编程难度，提升了编程效率，降低了编程出错率，为后续同类型产品提供了一个新思路、新方法。

FANUC数控系统；G68旋转指令；手工编程；重卡发动机支架；数控加工

近年来，随着我国汽车工业的快速发展，并逐渐成为机械制造行业中的支柱性产业，而数控技术在汽车行业起到了举足轻重的作用，尤其是体现在重卡领域关键零部件的机械加工中。考虑发动机的振动效果及使用性能，发动机悬置时需设计安装倾角，倾角一般为3°或2.5°，与之安装的发动机支架也需设计对应的安装角度，以保证发动机的可靠性和使用寿命。因发动机支架产品4个孔组和定位基准面有3°或2.5°的角度，由图纸无法直接获取4个孔组的相对位置坐标，导致工艺技术员在立式加工中心手工编程过程中存在一定的困难。

本文以某重型卡车发动机支架为研究对象，针对钻4个孔组、铣定位基准面加工工序进行了工艺性分析，制定了方案A和方案B两种工艺方案，并对A/B两种方案的优点和弊端进行了分析对比，方案B通过科学应用G68旋转指令，将加工坐标系旋转一定的角度，可直接进行钻孔加工，对方案A复杂的加工程序进行了优化设计，避开了方案A中的计算误差，方法直接，效率较高，效果明显，既提升了编程速度，同时又不降低加工精度。

1 产品加工工艺方案

图1为某重型卡车发动机支架二维图纸（俯视图），依据产品加工工艺方案知，本工序加工内容：钻4×φ18 mm孔，保证尺寸（100±0.2）mm、（100±0.2）mm，铣内侧定位基准面，保证角度3°、（58.5±0.2）mm。

根据产品的结构特点、定位装夹方式以及尺寸精度要求，经过对图纸本工序加工内容进行工艺分析，制定了A和B两种加工工艺方案，依据A和B两种工艺方案，结合本工序加工内容，有A和B两种切削编程方式，通过在立式加工中心上进行FANUC数控加工程序手动编制[1]，在实际生产过程中，方案A和B两种编程方式都得到了有效验证。因A和B两种工艺方案中的铣内侧定位基准面编程方法相同，本文不做对比分析，本文只探讨钻孔步序。

图1 发动机支架图纸（俯视图）

本文中方案A和方案B均以G81钻孔循环指令进行钻孔，具体指令格式如下：

G98 G81 X_ Y_Z_ R_ F_；

X_ Y_为孔的坐标值；

Z_ 为钻孔深度；

R_ 为安全高度；

F_ 为进给速度。

注：A/B两种方案定位、装夹方式以及刀具高度补偿均相同，统一采用φ18合金钻加工，图1为装夹产品俯视图，φ18孔深度为20 mm，不考虑刀尖尺寸及材质对切削参数的影响

1.1 方案A

通过对图1进行加工工艺分析[2]，4×φ18孔组和内侧定位基准面带有3°的夹角，因无法由图1直接获得4个孔组（,）坐标值，给手工编程带来一定的难度，因此，方案A采用较原始的编程方法，将孔组中心点分别按二维方法，计算出孔中心的坐标（,），再寻点加工孔[3]。

以本文案例进行具体说明，第一步，工艺技术员借助CAXA[4]等二维软件对图纸4个孔组位置尺寸（100±0.2, 100±0.2）进行转化，转化成以孔1中心为尺寸标注基准的相对位置尺寸，第二步，以孔1中心作为加工程序原点（0.,0.），由此建立G57加工坐标系（设水平向右为轴正向，竖直向上为轴正向），如图2所示，由此可以看出4个孔组中心的（,）坐标，即孔1中心坐标（0.,0.），孔2中心坐标（-5.23,-99.86），孔3中心坐标（-105.11,-94.63），孔4中心坐标（-99.86,5.23）。

注：为保证加工后的尺寸精度更加接近理论尺寸，本文将工艺转化尺寸按小数点后两位有效数字保留。

图2 发动机支架G57加工坐标系

已知加工坐标系G57和4个孔组的中心坐标，按照G81钻孔循环指令进行加工程序编制，具体加工程序如下：

O1234

G80G40G69

G91G30Z0.M05

N1G00G90G57X0.Y0.（建立G57坐标系）

G43Z100.H01M03S1200

G98G81Z-23.M03R3.F200（钻孔循环）

X-5.23Y-99.86（孔2）

X-105.11Y-94.63（孔3）

X-99.86Y5.23（孔4）

G80G40G69

G91G30Z0.M05

G28Y0.

M30

1.2 G68代码的应用

旋转格式：G68 X_ Y_ R_，其中和是旋转中心的坐标值，是旋转角度，逆时针旋转为正值，顺时针旋转为负值，69为旋转结束取消指令。

举例：G68 X10.Y10.R3.

表示以坐标（10.,10.）为旋转中心，逆时针旋转3°。

1.3 方案B

通过上述1.2对G68代码[5-7]的理解、掌握，结合本案例进行分析，可将G68旋转指令应用于本案例，具体思路如下：以孔1中心作为加工程序原点（0.,0.），建立G58加工坐标系（设水平向右为轴正向，竖直向上为轴正向），将G58加工坐标系绕孔1中心坐标（0.,0.）顺时针旋转3°，如图3所示，4×φ18 mm孔组尺寸（100±0.2, 100±0.2）分别和G58坐标系轴和轴平行，由此可直接看出4个孔组的中心坐标值，即孔1中心坐标（0.,0.），孔2中心坐标（0.,-100.），孔3中心坐标（-100.,-100.），孔4中心坐标（-100.,0.）。

图3 发动机支架G58加工坐标系

已知加工坐标系G58和4个孔组的中心坐标，按照G81钻孔循环指令进行加工程序编制，具体加工程序如下：

O4321

G80G40G69

G91G30Z0.M05

N1G00G90G58X0.Y0.（建立加工坐标系）

G43Z100.H01M03S1200

G68X0.Y0.R-3.（以坐标原点顺时针旋转3°）

G98G81Z-30.M03R3.F200（钻孔循环）

X0.Y-100.（孔2）

X-100.Y-100.（孔3）

X-100.Y0.（孔4）

G69（旋转指令取消）

G80G40

G91G30Z0.M05

G28Y0.

M30

2 结论

通过对方案A和方案B两种编程方法进行分析对比，可以发现，方案A有以下弊端：（1）在手工编程前先要借助CAXA等二维软件进行工艺尺寸转化，转化过程中容易出错；（2）将转化尺寸手动输入到机床过程中容易将转化尺寸输入错误，而且程序输入错误也不容易被发现，继而导致加工质量问题发生。

方案B弥补了方案A的不足，具有以下几个优点：

（1）通过科学应用G68指令，省去了工艺技术员借助CAXA等二维软件来创建工艺转化尺寸的环节。

（2）通过应用G68指令，提升了工艺技术员的编程效率。

（3）通过应用G68指令，规避了方案A中的计算误差。

（4）通过应用G68指令，提升了产品的加工质量。

3 总结

本文以某重卡发动机支架为例，论述了两种编程方式，方案A是一种比较原始的编程方法，对于编程初学者来说，更容易理解和掌握，随着时间和经验的积累，经过一定阶段的学习和提升后，很容易学会方案B的编程技巧。方案B的编程技巧特别适合4个孔组和定位基准面带有角度的产品（如发动机/变速器类支架），能大大提升编程效率。实践证明，该编程技巧具有一定的实用价值，可以向其他产品推广、应用。

[1] 伏芬琪.例谈如何巧学数控手工编程[J].数码世界, 2019(4):262.

[2] 姜东全,郝双双.数控编程与加工工艺的关系[J].现代制造技术与装备,2020(3):165,167.

[3] 姜东全,郝双双.浅析数控编程的流程及原则[J].南方农机,2019,50(15):141,150.

[4] 周潇潇,李炫,许振,等.数控编程的方式方法[J].林业机械与木工设备,2021,49(1):46-48,52.

[5] 王宇雷.数控机床编程技术及对刀操作中的相关问题探索[J].科技资讯,2020,18(3):55,57.

[6] 刘欲峰.浅析学习数控编程与操作技术的几个关键点[J].机械工程与自动化,2022(3):222-223,226.

[7] 马辉.CAXA软件在机械数控加工技术中的应用[J].现代制造技术与装备,2017(5):122,178.

Optimization of Numerical Control Machining Program for a Heavy Truck Engine Support

WEI Chao, LI Jingjing, ZHANG Long, LIU Yao, LEI Deli, ZHANG Erchao

( Shaanxi Huazhen Vehicle Parts Company Limited, Xi'an 710000, China )

In recent years, with the rapid development of China's automobile industry, which gradually becomes the mainstay industry in machinery manufacturing industry, the numerical control technology in the automotive industry plays a pivotal role, especially in the machining of key parts in the field of heavy trucks. For products with simple shape/structure, for convenience and speed, the numerical control machining programs are usually completed by manual programming. Taking the engine support of a heavy truck as an example, this paper studied the machining content of drilling four bottom holes and milling 3° surface. Through an analysis of product processing technology, two processing technology schemes were formulated. According to the process scheme, the two manual programming methods of scheme A and scheme B were compared and analyzed by FANUC numerical control system programming. After the field practice for many times, we concluded that by applying G68 rotating instructions, scheme B can simplify the programming difficulty, improve programming efficiency, reduce the error rate of programming and provide a new idea and method for the subsequent products of the same type.

FANUC numerical control system; G68 rotating instructions; Manual programming;Heavy truck engine support;Numerical control machining

U464

B

1671-7988(2022)23-192-04

U464

B

1671-7988(2022)23-192-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.023.035

魏超（1990—），男，助理工程师，研究方向为汽车零部件机加工艺设计与开发，E-mail:18202993327@163.com。