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MAG 曲軸車?yán)忏?NC 編程研究與應(yīng)用

2023-4-28 來(lái)源：神龍汽車有限公司作者：徐詠祥李道國(guó)

摘要 : 加工程序由 NC 根據(jù)零件幾何參數(shù)的設(shè)定自動(dòng)生成。通過曲軸升程、切入角、切出角、軸頸直徑、連桿頸相位角、回退位置、工步布置等參數(shù)自動(dòng)編譯生成。NC 將軸頸的圓弧切削分成細(xì)微的直線插補(bǔ)。每一段切削中包含工件的旋轉(zhuǎn)角度、X1 軸和 X2 軸的位置、進(jìn)給速度。每一個(gè)工步對(duì)應(yīng)一個(gè)子程序。

關(guān)鍵詞 : 參數(shù)編程連桿頸升程切入角工步

1.引言

MAG 車?yán)忏娛乔S加工過程中的重要裝備之一。由于曲軸結(jié)構(gòu)特殊，加工工藝復(fù)雜，導(dǎo)致 NC 編程難度加大。通常加工新品種時(shí) NC程序都是由設(shè)備廠家根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行編制的。2022 年神龍公司需要生產(chǎn) FCA 曲軸，請(qǐng)廠家來(lái)編程成本較高，時(shí)間也較緊張。經(jīng)過幾個(gè)月的研究，我們搞清楚了 MAG 車?yán)忏娬?NC 程序的結(jié)構(gòu)及所有參數(shù)化編程的原理。同時(shí)，根據(jù)該原理，我們成功編寫了一套應(yīng)用于 FCA 曲軸的加工程序，不僅節(jié)省了一筆費(fèi)用，也保證了公司 FCA 曲軸項(xiàng)目的順利推進(jìn)。

圖 1 設(shè)備各伺服軸運(yùn)動(dòng)示意圖

2.MAG 車?yán)忏娫O(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

如上圖 1 所示，MAG 車?yán)忏姽灿?10 個(gè)數(shù)控伺服軸，共同協(xié)調(diào)完成曲軸主軸頸和連桿頸的車?yán)忏娂庸?。為提高加工效率，保證加工精度，設(shè)備采用了雙刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通常左刀盤加工主軸頸，右刀盤加工連桿頸。左卡盤固定，右卡盤W1 軸可以獨(dú)立左右方向移動(dòng)，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度的曲軸加工。中心架 W2 也可以左右移動(dòng)，用來(lái)調(diào)整中心架的夾持位置。從整個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)看，是一個(gè)非常開放的設(shè)計(jì)，可滿足用戶多品種的加工需求。

3. 程序結(jié)構(gòu)

MAG 車?yán)忏?NC 程序根據(jù)程序?qū)嶋H控制內(nèi)容可劃分為準(zhǔn)備程序、加工程序、安全程序三個(gè)部分。

3.1準(zhǔn)備程序

準(zhǔn)備程序主要用于加工前的準(zhǔn)備、加工過程中的應(yīng)急處理以及加工完成后的上下料等工作。加工前的準(zhǔn)備主要包括工件類型選擇、各軸定位兩個(gè)準(zhǔn)備工作。工件類型選擇是通過人機(jī)界面編程里面的參數(shù)來(lái)進(jìn)行選擇。工件類型還包含了 W1 軸的位置即工件長(zhǎng)度、刀具壽命兩個(gè)主要信息。各軸定位動(dòng)作包含 :Z1、Z2 軸定位到加工位 ;W1 軸根據(jù)設(shè)定的工件長(zhǎng)度定位到工件兩端合適的位置 ;W2 軸中心架定位到設(shè)定的夾持位。其中，頂尖頂緊、卡盤卡爪夾緊、中心架夾持都帶有位移傳感器進(jìn)行檢測(cè)，只有到達(dá)設(shè)定的范圍后才認(rèn)為定位動(dòng)作執(zhí)行完成。刀盤信息則是在刀盤更換后自動(dòng)讀取刀盤文件里的數(shù)據(jù)獲取。

3.2加工程序

加工程序由 NC 根據(jù)零件幾何參數(shù)的設(shè)定自動(dòng)生成。通過曲軸升程、切入角、切出角、軸頸直徑、連桿頸相位角、回退位置、工步布置等參數(shù)自動(dòng)編譯生成。NC 將軸頸的圓弧切削分成細(xì)微的直線插補(bǔ)。每一段切削中包含工件的旋轉(zhuǎn)角度，X1 軸和 X2 軸的位置，進(jìn)給速度。每一個(gè)工步對(duì)應(yīng)一個(gè)子程序。

3.3安全程序

安全程序在設(shè)備整個(gè)自動(dòng)循環(huán)過程中一直運(yùn)行，當(dāng)各個(gè)移動(dòng)部件觸發(fā)了設(shè)定的任意一條安全條件后系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的安全處理措施，通常是將各軸的速度設(shè)為零，使軸無(wú)法移動(dòng)，從而達(dá)到保護(hù)機(jī)床的效果。

4. 參數(shù)化編程

MAG 車?yán)忏?NC 程序采用了參數(shù)化編程。

用戶可通過人機(jī)界面對(duì)工件類型、零件幾何參數(shù)、刀具信息等進(jìn)行設(shè)定，NC 則根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)生成加工程序。主要包括以下幾部分內(nèi)容。

4.1 工件類型選擇

工件類型選擇程序通過圖 2 界面進(jìn)行設(shè)定。

圖 2 選擇程序界面

下面以零件 EC5_A 選擇程序進(jìn)行說(shuō)明 :

每個(gè)零件類型中設(shè)置了尾架的原位位置AXW2HOME, 左刀盤的刀具壽命 TOOLIFE_CH1，右刀盤的刀具壽命 TOOLIFE_CH2.圖 2 “尾架” 下面的數(shù)值 1053 表示 W2 軸加工時(shí)移動(dòng)到的位置，該位置是根據(jù)工件長(zhǎng)度和頂尖長(zhǎng)度設(shè)定的。刀具系統(tǒng)鏈接的是加工該工件所引用的刀具數(shù)據(jù)文件，左右兩個(gè)刀盤分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)刀具數(shù)據(jù)文件。依照上述編程規(guī)則，我們完成了 FCA 曲軸T4 類型的選擇程序編程。如圖 3 所示，在工件程序目錄下將原來(lái)使用的程序復(fù)制一份，將文件夾名改為新零件對(duì)應(yīng)的名稱 T4.WPD, 該文件夾里面的四個(gè)文件也改成相應(yīng)的名稱 T4.MPF、T4.TOA、T4.UFR、T4_CH2.MPF。接下來(lái) 進(jìn)入工件選擇畫面（如圖 2），同樣可以將原來(lái)的工件類型復(fù)制粘貼到空白行，修改工件名稱為T4 與工件程序名稱一致。型號(hào) “3” 與準(zhǔn)備程序startup.mpf 中語(yǔ)句 CASE $A_DBW[404] OF 0GOTOF ERROR_1 1 GOTOF TYPE1 2 GOTOFTYPE2 3 GOTOF TYPE3 對(duì)應(yīng)。

圖 3 新增 T4 零件程序

4.2 加工程序

加工程序是放在子程序目錄中的，程序名和程序內(nèi)容都是自動(dòng)生成的。BEARB00 是總的加工控制程序，里面包含程序原點(diǎn)的偏移、中心架的夾持位置、每個(gè)軸頸相對(duì)于曲軸左端面的距離。BEARB01 對(duì)應(yīng)第一工步，BEARB02 對(duì)應(yīng)第二工步，每個(gè)子程序?qū)?yīng)一個(gè)工步。

4.2.1 軸承位置的設(shè)定

進(jìn)入軸承數(shù)據(jù) - 軸承位置畫面，需要加工的軸頸從左往右先連桿頸后主軸頸進(jìn)行排序編號(hào)，該編號(hào)在后續(xù)的工步編制中要用到。下面可以對(duì)所編輯的軸頸進(jìn)行注釋，如 MAIN5 表示第五主軸頸，PIN3 表示第三連桿頸。“中間處軸承” 表示加工該軸頸所使用的定位基準(zhǔn)，“1” 為該軸頸的左端面為基準(zhǔn)，“2” 為軸頸中心點(diǎn)為基準(zhǔn)，“3”為右端面為基準(zhǔn)，這些基準(zhǔn)會(huì)影響加工時(shí)刀具左右定位的位置。每個(gè)軸頸到曲軸左端面的距離在圖 4 所示畫面中定義，如圖 4 中數(shù)值 “363.7” 表示第五主軸頸到曲軸左端面的距離為363.7毫米，下面的 “.02” 為精調(diào)修正值 0.02 毫米。

圖 4 軸承位置設(shè)定示意圖

4.2.2 軸承幾何精度的相關(guān)參數(shù)設(shè)定

圖 5 軸徑參數(shù)設(shè)定

切入角用來(lái)指定刀具從哪個(gè)角度接近軸頸，從而避開平衡塊實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的加工節(jié)拍。切出角表示退刀時(shí)工件所處的角度，要兼顧工件是否加工完成和設(shè)備安全。軸承直徑是指加工完成后軸頸的直徑，軸承直徑會(huì)影響快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的位置，主要是定義軸頸加工尺寸。連桿頸升程是根據(jù)產(chǎn)品要求設(shè)定的。連桿頸角度是指連桿頸相對(duì)于基準(zhǔn)角的角相位。退刀位置指一個(gè)工步加工完成后刀盤后退的距離，以避免進(jìn)入下一工步時(shí)與平衡塊發(fā)生碰撞。切削線速度是由刀具特性決定的，用來(lái)控制加工時(shí)刀盤的旋轉(zhuǎn)速度，因?yàn)橛械漠a(chǎn)品需要加工平衡塊的側(cè)面，從而導(dǎo)致在工件的不同角度切削量不一致，所以設(shè)定了最高線速度和最低線速度，當(dāng)切削量最小時(shí)使用最高速度，切削量最大時(shí)使用最低速度。每轉(zhuǎn)進(jìn)給量指刀盤每旋轉(zhuǎn)

一圈的切削量。

4.2.3 工步

軸承數(shù)據(jù)編輯完成后需要將這些軸承加工進(jìn)行組合，左刀盤是加工主軸頸，右刀盤是加工連桿頸，由于連桿頸進(jìn)刀角度以及連桿頸和主軸頸在工件上軸向位置的限制，所以連桿頸和主軸頸加工不能任意組合，而全部分開又會(huì)影響整體的加工節(jié)拍，所以需要合理的分配工步內(nèi)容。圖 6 “工序號(hào) “5” 由 “6”” 中的 “5” 表示當(dāng)前編輯的工步號(hào)，“6” 表示整個(gè)加工工步為六步。銑刀 1 表示左刀盤加工的內(nèi)容，銑刀 2 表示右刀盤加工的內(nèi)容。下面的 “83” 和 “2” 表示軸承號(hào)，由于右刀盤在加工 2 號(hào)軸頸時(shí)不適于左刀盤加工，因此在這里設(shè)置了一個(gè)中間等待位置即“83”，此時(shí)左刀盤退到安全位置等待。“跟刀架”是定義右卡盤的程序原點(diǎn)偏移。“中心架” 表示在該工步中是否需要夾緊，“1” 表示需要夾緊，“0”表示不需要夾緊。編輯完當(dāng)前工步后點(diǎn)擊右側(cè)“上個(gè)步驟”或“下個(gè)步驟”編輯前一工步或后一工步。

圖 6 工步設(shè)定

4.2.4 刀具數(shù)據(jù)

圖 7 刀具參數(shù)設(shè)定

刀具數(shù)據(jù)頁(yè)面中需要給定刀盤到刀座基準(zhǔn)的距離，兩個(gè)相鄰刀片之間的間距，刀盤的寬度，加工時(shí)以刀盤的哪個(gè)位置為基準(zhǔn)。刀具管理的基本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)。換刀后，該數(shù)據(jù)塊被加載到控制系統(tǒng)中。刀具數(shù)據(jù)基于相關(guān)刀具盤和刀具數(shù)據(jù)塊。刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在硬盤上的文件中。每個(gè)刀具數(shù)據(jù)塊有一個(gè)文件，文件名包含刀具系統(tǒng)編號(hào)和左右刀盤編號(hào)。如下 :

圖 8 刀具文件名定義

刀具系統(tǒng)號(hào)即為工件型號(hào)選擇畫面中的 “刀具系統(tǒng)”，左右刀盤號(hào) “01” 表示左刀盤，“02”表示右刀盤，一般一個(gè)機(jī)床一個(gè)操作號(hào)。

4.2.5 生成加工程序

數(shù)據(jù)填寫完畢后即可生成加工程序，點(diǎn)擊“編程序”，系統(tǒng)自動(dòng)將生成的新的子程序放入“子程序” 目錄下并刪除原來(lái)的程序。子程序以BEARB 開頭，后面的數(shù)字表示工步號(hào)。

圖 9 加工程序生成

5. 結(jié)束語(yǔ)

MAG 車?yán)忏娫诩庸でS主軸頸和連桿頸外圓時(shí)，由于曲軸連桿頸外圓容易受平衡塊的干涉以及隨動(dòng)需要，加工難度非常大，這樣就導(dǎo)致了 NC 編程非常困難。MAG 廠家針對(duì)車?yán)忏娏慵庸ぬ攸c(diǎn)，開發(fā)了一套自動(dòng)生成 NC 程序的軟件，從而大大簡(jiǎn)化了編程工作量。作為 MAG車?yán)忏姷挠脩簦挥猩钊肓私饬诉@套軟件的使用方法，掌握了參數(shù)編程要點(diǎn)，才能對(duì)該機(jī)床進(jìn)行新品種零件的 NC 編程，從而擴(kuò)充機(jī)床的零件加工范圍。

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