石材机械角轮零件宏程序编程与加工
石材机械角轮零件宏程序编程与加工
广东省云浮市中等专业学校 （广东 527300） 陈伟杰
本地是全国石材生产基地，石材机械生产厂家众多，在桥切机、绳锯等众多石材机械中，角轮零件应用广泛，主要用作工作台导轮或升降机构的导轮。该类零件的结构示意图如图1所示。不同的厂家，不同的石材机械，角轮零件的结构大致相同，但是规格尺寸却不一样。由于该类零件两端的轴承孔尺寸精度高，形位公差同轴度要求也高，另外，V形槽的加工精度高、难度大，众多石材生产厂家都是在普通车床上加工的，工人都感到加工难度大，力不从心。2002年我校购置多台数控车床后，厂家主动联系我校，要求我校加工角轮类零件，我校为提高学生的实操技能，承接了该类零件的加工任务。
图1 角轮零件示意图
一、角轮零件的宏程序编程
1、角轮零件加工方案的确定
为了保证角轮零件的尺寸精度和形位公差的要求，经过考虑采用以下工艺方案：
反爪装夹工件，用1号端面刀平端面后，钻中心孔。
钻通孔。
用2号机夹尖刀粗车外圆，用作调头的装夹位。
调头装夹已加工的外圆部分，用1号端面刀平端面后，用3号内孔刀粗、精车内孔D1深L3、内孔D2深L5并倒角C2。
用正爪背面装夹已经加工的内孔D1，校核外圆。用1号端面刀平端面保证总长L3。用3号内孔刀粗、精车内孔D2深L4并倒角C2。
用心轴夹具装夹工件，用2号机夹尖刀车V形槽及外圆。用4号机夹切断刀车V形槽处的直槽。
2、宏程序的编制
考虑到厂家要求生产的角轮零件种类繁多，规格尺寸也各不相同，但结构却是一致的，如果采用常规编程方法，加工每一个不同规格尺寸的角轮时，就要编三个加工程序，同时，每一个角轮V形槽的相关尺寸也要重新计算，这样不但工作量大，要编写的程序多，不便于管理，还容易出错。为了克服上述问题，我们决定采用宏程序编程方法去编程，将角轮零件相关尺寸设置成局部变量，这样，不管加工什么尺寸的角轮，其加工的程序都只需要三个。加工不同规格尺寸的角轮时，只需根据厂家所给定的零件图标注尺寸，给局部变量输入对应值，即可加工。这样不但简化了程序，减少了工作量，也便于管理，不容易出错。由于不同的数控系统，宏程序的变量规定有所区别，现以我校数控车床采用的华中世纪星HNC—21/22T数控系统为例来作具体说明。程序中所有局部变量初始值为谢之机械厂桥切机工作台角轮尺寸。
确定变量
根据图1角轮零件示意图可知，每一个角轮零件有11个尺寸是不同的，那么这11个变化的尺寸就是11个局部变量。11个尺寸和相应的局部变量如表1所示。
表1 局部变量定义表
具体宏程序如下：
加工内孔D1深L3、内孔D2深L4并倒角C2。
加工装夹示意图如图2所示。
图2 加工内孔D1、D2装夹示意图
O1234 （程序名）
%1234
N10 T0303 （取3号内孔车刀）
N20 M03 S500 （主轴正转，转速500rpm）
N30 #1=52 (D1初始赋值52mm)
N40 #2=61.99 (D2初始赋值61.99mm)
N50 #5=118 (D5初始赋值118mm)
N60 #8=50 (L3初始赋值50mm)
N70 #9=18.5 (L4初始赋值18.5mm)
N80 G00 X150 Z80 （建立工件坐标系）
N90 X[#5+5] Z2 （刀具快速靠近工件表面）
N100 X[#1-8] （刀具快速移动到循环起点）
N110 M08 （开冷却液）
N120 G71U0.8R0.5P190Q250X-0.5Z0.5F100 （内孔粗车复合循环：每次切深0.8mm；每次退刀0.5mm；X方向精加工余量0.5mm；Z方向精加工余量0.5mm；精加工程序段起始行号N190，终止行号N250。）
N130 G00 X150 Z80 （退刀到换刀位置）
N140 M05 （主轴停止）
N150 M00 （程序暂停）
N160 T0303 （取3号内孔刀）
N170 M03 S800 （主轴正转，转速800rpm）
N180 G00 X[#1-8] Z2 （刀具快速移动到循环起点）
N190 G00 X[#2+4] （精加工程序起始段：X方向进刀）
N200 G01 Z0 F80 （直线进给到工件表面）
N210 X[#2] Z-2 （倒角C2）
N220 Z[-#9] （加工内孔D2）
N230 X[#1] （加工内孔D2孔底）
N240 Z[-#8] （加工内孔D1）
N250 X[#1-8] （精加工程序终止段：X方向退刀）
N260 G00 Z80 （Z轴方向退刀）
N270 X150 （X方向退刀）
N280 M05 （主轴停止）
N290 M30 （程序结束并返回）
加工内孔D2深L5并倒角C2。
加工装夹示意图如图3所示。
图3 加工内孔D2深L5装夹示意图
O2234 （程序名）
%2234
N10 T0303 （取3号内孔车刀）
N20 M03 S500 （主轴正转，转速500rpm）
N30 #1=52 (D1初始赋值52mm)
N40 #2=61.99 (D2初始赋值61.99mm)
N50 #5=118 (D5初始赋值118mm)
N60 #10=16 (L5初始赋值16mm)
N70 G00 X150 Z80 （建立工件坐标系）
N80 X[#5+5] Z2 （刀具快速靠近工件表面）
N90 X[#1-2] （刀具快速移动到循环起点）
N100 M08 （开冷却液）
N110 G71U0.8R0.5P180Q220X-0.5Z0.5F100 （内孔粗车复合循环：每次切深0.8mm；每次退刀0.5mm；X方向精加工余量0.5mm；Z方向精加工余量0.5mm；精加工程序段起始行号N180，终止行号N220。）
N120 G00 X150 Z80 （退刀到换刀位置）
N130 M05 （主轴停止）
N140 M00 （程序暂停）
N150 T0303 （取3号内孔刀）
N160 M03 S800 （主轴正转，转速800rpm）
N170 G00 X[#1-2] Z2 （刀具快速移动到循环起点）
N180 G00 X[#2+4] （精加工程序起始段：X方向进刀）
N190 G01 Z0 F80 （直线进给到工件表面）
N200 X[#2] Z-2 （倒角C2）
N210 Z[-#10] （加工内孔D2）
N220 X[#1-2] （精加工程序终止段：X方向退刀）
N230 G00 Z80 （Z轴方向退刀）
N240 X150 （X方向退刀）
N250 M05 （主轴停止）
N260 M30 （程序结束并返回）
加工V形槽和外圆。
加工装夹示意图如图4所示。
图4 加工V形槽和外圆装夹示意图
O3234 （程序名）
%3234
N10 T0202 （取2号外圆机夹尖刀）
N20 M03 S500 （主轴正转，转速500rpm）
N30 #3=87 (D3初始赋值87mm)
N40 #5=118 (D5初始赋值118mm)
N50 #6=6 (L1初始赋值6mm)
N60 #7=30 (L2初始赋值30mm)
N70 #8=50 (L3初始赋值50mm)
N80 #11=90 (夹角A初始赋值90度)
N90 #4=#5-[#7-#6]/TAN[#11*PI/360] (D4赋值)
N100 G00 X150 Z80 （建立工件坐标系）
N110 X[#5+2] Z2 （刀具快速靠近工件表面）
N120 M08 （开冷却液）
N130 G71U0.8R0.5P200Q300X0.5Z0.5F100 （外圆粗车复合循环：每次切深0.8mm；每次退刀0.5mm；X方向精加工余量0.5mm；Z方向精加工余量0.5mm；精加工程序段起始行号N200，终止行号N300。）
N140 G00 X150 Z80 （退刀到换刀位置）
N150 M05 （主轴停止）
N160 M00 （程序暂停）
N170 T0202 （取2号外圆机夹尖刀）
N180 M03 S800 （主轴正转，转速800rpm）
N190 G42 G00 X[#5+2] Z2 （刀具快速移动到循环起点，建立刀具半径右补偿）
N200 G00 X[#5-4] （精加工程序起始段：X方向进刀）
N210 G01 Z0 F80 （直线进给到工件表面）
N220 X[#5] Z-2 （倒角C2）
N230 Z[[#7-#8]/2] （加工外圆D5）
N240 X[#4] Z[[#6-#8]/2] （加工V形槽右侧）
N250 W[-#6] （加工V形槽底部）
N260 X[#5] W[[#6-#7]/2] （加工V形槽左侧）
N270 Z[2-#8] （加工外圆D5）
N280 X[#5-4] Z[-#8] （倒角C2）
N290 Z[-#8-5] （Z轴离开工件）
N300 G00 X[#5+5] （精加工程序终止段：X方向退刀）
N310 G40 G00 X150 Z80 （退刀到换刀位置，取消刀具半径补偿）
N320 M05 （主轴停止）
N330 M00 （程序暂停）
N340 T0404 (取机夹切断刀，刀宽4mm，右刀尖对刀)
N350 M03 S300 （主轴正转，转速300rpm）
N360 G00 X[#5+2] Z2 （刀具快速靠近工件表面）
N370 Z[[#6-#8]/2] （刀具快速移动到循环起点）
N380 G71U0.8R0.5P390Q410X0.5Z0F50 （外圆粗车复合循环：每次切深0.8mm；每次退刀0.5mm；X方向精加工余量0.5mm；Z方向精加工余量0mm；精加工程序段起始行号N390，终止行号N410。）
N390 G01 X[#3] F30 （精加工程序起始段：X方向进刀）
N400 W[4-#6] (加工直槽底部)
N410 X[#5+2] （精加工程序终止段：X方向退刀）
N420 G00 X150 Z80 （退刀到换刀位置）
N430 M05 （主轴停止）
N440 M30 （程序结束并返回）
目前，所编写的宏程序在教学和生产中已经得到验证，操作简单易懂，效果很好。
二、角轮零件的数控加工
角轮零件数控加工的难点，除了两端轴承孔的同轴度公差难保证和V形槽难加工外，最关键的是保证两轴承孔的尺寸精度。一旦尺寸超差，就会造成废品。由于我校承接角轮零件加工是属于来料加工，毛坯尺寸较大，一旦出现废品，损失较大。轴承孔的尺寸精度要求控制在0.02mm以内，由于机床误差，刀具磨损，测量误差等原因，较难达到。但是为了提高学生的实操技能，就要学生自己动手去做。按一般数控车削加工中保证尺寸精度的方法，一般是通过修改刀具磨损值的方法来实现。具体做法是先预设刀具磨损，接着运行加工程序，求出加工后工件的实测尺寸与相应编程尺寸的差值，再根据该差值来重新设置刀具磨损值，最后再运行精加工程序段，得到所需的零件尺寸精度。这种做法要求重新设置刀具磨损值前，零件尺寸必须测量准确，一旦测量有偏差，就会造成废品，而学生恰恰就是较难做到这点。如何保证轴承孔尺寸的测量准确性，是学生加工角轮零件的难点。根据普通车床技能训练的教学体会，我决定在精车轴承孔的时候，借鉴普通车床上内孔精车前进行试切和用塞规辅助检测内孔的做法。这样可以让学生自己检测自己测量的准确性，不断提高其测量技术水平，即使精车试切时测量有偏差，也可以补救，保证加工出合格产品，做到生产和教学两不误。这就要求在编程和加工过程中作一些改变。现在还是以我校数控车床采用的华中世纪星HNC—21/22T数控系统为依据，以直径D2、深L5的内孔加工为例来对其操作方法作具体说明。
根据所加工的角轮尺寸加工检测轴承孔的塞规，如图5所示。不同规格角轮，轴承孔尺寸不同，塞规尺寸也相应不同。
图5 塞规示意图
DT—塞规通端直径，为D2的最小极限尺寸。
DZ—塞规止端直径，为D2的最大极限尺寸。
在刀偏表3号内孔刀的X磨损处预设磨损值为△X预设＝-0.5mm。
运行前述的加工程序O2234，加工一次内孔D2，深L5。测得轴承孔的第一次实测尺寸D实测1。
编辑程序O2234，主要是删除粗加工复合循环指令，增加精加工前试切检测的程序段。运用“程序”菜单中的“保存”功能，将编辑后的程序改名保存为O22342，新程序如下所示：
O22342 （程序名）
%2234
N10 T0303 （取3号内孔车刀）
N20 M03 S800 （主轴正转，转速800rpm）
N30 #1=52 (D1初始赋值52mm)
N40 #2=61.99 (D2初始赋值61.99mm)
N50 #5=118 (D5初始赋值118mm)
N60 #10=16 (L5初始赋值16mm)
N70 G00 X150 Z80 （建立工件坐标系）
N80 X[#5+5] Z2 （刀具快速靠近工件表面）
N90 X[#1-2] （刀具快速移动到加工起点）
N100 M08 （开冷却液）
N110 G00 X[#2+4] （X方向进刀）
N120 G01 Z0 F80 （直线进给到工件表面）
N130 X[#2] Z-2 （倒角C2）
N140 Z-5 (试切轴承孔)
N150 G00 Z80 (试切后Z轴退刀)
N160 M05 (主轴停止)
N170 M00 (程序暂停)
N180 M03 S800 （主轴正转，转速800rpm）
N190 G00 Z2 （刀具快速靠近轴承孔表面）
N200 G01 Z[-#10] F80 （加工内孔D2）
N210 X[#1-2] （X方向退刀）
N220 G00 Z80 （Z轴方向退刀到换刀位置）
N230 X150 （X方向退刀到换刀位置）
N240 M05 （主轴停止）
N250 M30 （程序结束并返回）
说明：N140到N190为内孔精加工前试切检测所增加的程序段。
计算轴承孔的第一次实测尺寸D实测1与编程尺寸D编程的差值U差值1，重新设置X磨损值△X新设1并在刀偏表3号内孔刀的X磨损处输入，各值的计算公式如下所示：
U差值1＝D实测1-D编程
△X新设1＝△X预设+ U差值1
D实测1—轴承孔的第一次实测尺寸
D编程—轴承孔的编程尺寸
△X新设1—第一次重新设置X磨损值
△X预设—预设X磨损值
运行修改后保存的程序O22342，当运行到程序段N170，用塞规检测轴承孔，有两种情况：
如果塞规止端不能进入，而通端能进入，则说明轴承孔尺寸精度合格，工件尺寸测量准确，按“循环启动”键继续运行程序到结束即可。
如果塞规的止端能进入或者塞规的通端不能进入，则说明测量不准确，轴承孔尺寸不合格，此时应该重新第二次测量轴承孔的实际尺寸D实测2，重新按步骤5的方法在刀偏表3号内孔刀的X磨损处第二次重设X磨损值△X新设2。
U差值2＝D实测2-D编程
△X新设2＝△X新设1+ U差值2
D实测2—轴承孔的第二次实测尺寸
D编程—轴承孔的编程尺寸
△X新设2—第二次重新设置X磨损值
△X新设1—第一次重新设置X磨损值
接着重新运行程序O22342，运行到N170程序段时，测量轴承孔尺寸合格为止。再按“循环启动”键继续运行程序到结束即可。否则需要多次重设X磨损并重新运行程序O22342，直到合格。
上述编程与加工测量方法经实践检验，虽然操作稍为繁琐，但却很实用，不仅能让学生自我检测测量技术，不断提高测量水平，又不会造成废品，满足了教学和生产的需要。
三、结语
由此可见，采用宏程序编程，可以简化程序，减少工作量，确实是生产多规格产品行之有效的编程方法。而在数控车削加工中合理借鉴普通车削的操作原理，则可以解决一些教学和生产中遇到的难题。
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