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_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

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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(huì)將工件調(diào)整至對(duì)稱中心與工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心重合,利用旋轉(zhuǎn)、對(duì)稱原理編程加工。但這種常用的加工方法,一方面對(duì)工件的裝夾、找正要求比較高,工件需通過(guò)反復(fù)打表校正圓心偏差,并通過(guò)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(guò)工作臺(tái)尺寸),就無(wú)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(duì)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(duì)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(duì)刀,不僅操作困難,而且基準(zhǔn)反復(fù)變化,無(wú)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(duì)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(tái)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?,能夠?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(tái)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(jiàn)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(tái)的回轉(zhuǎn)半徑,工件圓心與工作臺(tái)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(tái)旋轉(zhuǎn)任意角度后相對(duì)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(tái)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(tái)旋轉(zhuǎn)α角度才能使C1正對(duì)主軸,相當(dāng)于工件繞工作臺(tái)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(tái)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(tái)旋轉(zhuǎn)任意角度后相對(duì)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(xiě)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(zhǎng)度。推導(dǎo)過(guò)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(tái)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(jiǎn)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(tái)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(tái)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(tái)旋轉(zhuǎn)位置變化示意經(jīng)過(guò)推算與計(jì)算得到的機(jī)床坐標(biāo),與實(shí)際測(cè)量得到的機(jī)床坐標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證,具體見(jiàn)表1。從表1中的數(shù)據(jù)可看出,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)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(mén)子840D/840Dsl系統(tǒng)的編寫(xiě)方式編寫(xiě)。4.1主程序MSG,臥式機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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

5

加工應(yīng)用5.1確定工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心(1)X向旋轉(zhuǎn)中心的確定工作臺(tái)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(tái)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(tái)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(tái)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(zhǎng)補(bǔ)償)精銑工件的一面,記下Z向機(jī)床坐標(biāo)MZ1,工作臺(tái)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(cè)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(tái)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(cè)弧形工件的圓弧是否正確或者是否變形。5.3Z向?qū)Φ队脺y(cè)Z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(duì)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(cè)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(cè)之后正式加工,后續(xù)用其他刀具加工時(shí)只能加刀長(zhǎng)補(bǔ)償,不能再進(jìn)行對(duì)刀。加工過(guò)程及成品分別如圖7、圖8所示。圖7實(shí)際加工過(guò)程圖8加工成品6

結(jié)束語(yǔ)本文提出了一種工作臺(tái)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?,通過(guò)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(tái)旋轉(zhuǎn)后坐標(biāo)系變化的加工技術(shù)難

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