【導(dǎo)讀】上的數(shù)控銑床的程序編制。了解數(shù)控銑床在凸輪加工中的運(yùn)用從而完。析及編寫(xiě)數(shù)控加工工藝文件。數(shù)控編程技術(shù)是數(shù)控技術(shù)重要的組成部分。從數(shù)控機(jī)床誕生之日。本文以數(shù)控編程中的加工工藝分析及設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，著力分析零。件圖，從數(shù)控加工的實(shí)際角度出發(fā)，以數(shù)控加工的實(shí)際生產(chǎn)為基礎(chǔ)，的數(shù)控加工具有極為重要的作用。

　　

【正文】 程序段。從圖中我們可以看到，該凸輪的輪廓由四個(gè)主要圓弧及四個(gè)過(guò)渡圓弧組成，過(guò)渡圓弧的作用是使兩個(gè)主要圓弧之間的連接，變成相 切。這樣在加工凸輪輪廓時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生過(guò)切的現(xiàn)象，而成為平滑曲線。 R5R5R5R5O 6O 5O 4O 343+ 0HGFE DCBA凸輪輪廓A 312XYO 2O 1R36R31R4R411. 37 11. 37 圖 平面凸輪圖 32 由于四處過(guò)圓弧與其它兩個(gè)主要圓弧的連接是一樣的，都是已知兩圓和過(guò)渡圓的半徑，求過(guò)渡圓與已知圓的切點(diǎn)。因此我們可以推導(dǎo)出通用的切點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算公式。 設(shè)圖 中兩已知圓的圓心分別為 1O 及 2O ，半徑分別為 1r 及 2r ，過(guò)渡圓的半徑為 R 。 10100 圖 銑刀銑削進(jìn)給示意圖 由圖可知，過(guò)渡圓圓心 ? ?00,O x y 是在圓心分別為 1O 及 2O ，半徑分別為 1Rr? 及 2Rr? 兩圓的一個(gè)交點(diǎn)上，即過(guò)渡圓圓心坐標(biāo)滿足方程組： ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?2 2 21 1 12 2 22 2 2x x y y R rx x y y R r? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 31） 由于 A 是圓 O 及圓 1O 的公切點(diǎn)，故必在兩圓的連心線上，即切點(diǎn) A的坐標(biāo)滿足方程組 ： ? ? ? ?110 1 0 122 21 1 1y y x xy y x xx x y y r???? ? ? ? （ 32） 33 同理可得切點(diǎn) B 的坐標(biāo)滿足方程 ： ? ? ? ?220 2 0 222 22 2 2y y x xy y x xx x y y r???? ? ? ? （ 33） O(x 0 , y 0 )O 1 (x 1 , y 1 ) O 2 (x 2 , y 2 )A BRr1 r2 圖 數(shù)值計(jì)算示意圖 根據(jù)以上公式，我們就可以求出該凸輪各個(gè)切點(diǎn)的坐標(biāo)值。以切點(diǎn) A 為例，由圖可知兩已知圓的圓心 坐標(biāo)，半徑和過(guò)渡圓的半徑分別為1 0x? 1 0y? 1 35r? ， 2 ?? 2 ? 2 ? ， 5R? 。 將上述各已知數(shù)分別代入有關(guān)方程組，得過(guò)渡圓的圓心方程組 ： ? ? ? ?2 2 222 230 7 3 5xy??? ? ? ? （ 34） 解方程組，可得過(guò)渡圓圓心 0O 的坐標(biāo)值為 ? ? 。 再將計(jì)算結(jié)果代入計(jì)算切點(diǎn)坐標(biāo)的方程組 2 2 2/ 63 / 83 35y x x y? ? ?、解方程組，得切點(diǎn) A 的坐標(biāo)值 ： ? ? 。 同理可以求出其它點(diǎn)的坐標(biāo)。坐標(biāo)值如下 ： ? ?4 2 , 2O ? 、 ? ?5 92 , 22O ??、 ? ?6 3, 3O ? 、34 ? ?, 、 ? ? 2, 8C ? 、 ? ? 6 , 7D ? 、 ? ? 6 , 7E ??、? ? 2 , 8F ??、 ? ? 5, 03G ? 、 ? ? 8, 7H ? 。 2．加工方法的確定 加工平面凸輪一般采用兩軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床，大型平面凸輪可用等高墊墊在工作臺(tái)上，中心孔找正后，確定坐標(biāo)原點(diǎn)用壓板螺效在凸輪的工藝孔上壓住即可、而小型凸輪，一般用心軸定位，壓緊即可。加工圓柱凸輪宜采用四軸 (X , Y ,Z 軸與繞 X 旋轉(zhuǎn)的 A 軸 )或帶數(shù)控轉(zhuǎn)盤(pán)的 3 坐標(biāo)， 2 坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床加工比較合適，根據(jù)槽寬及形狀選擇不同大小的刀具或成形刀具。為了加工方便，安裝時(shí)，凸輪的 軸線應(yīng)平行于機(jī)床的 X 軸，由夾盤(pán)和頂尖夾緊工件。 3．?dāng)?shù)控程序的編制 編輯軟件組成如圖 所示。 幾何形狀數(shù)據(jù)文件加工工藝參數(shù)輸入數(shù)據(jù)處理刀具軌跡仿真數(shù)控加工程序傳送開(kāi) 始 圖 編程軟件框圖 加工工藝參數(shù)輸入部分以人機(jī)交互對(duì)話方式輸入凸輪銑削加工的35 有關(guān)工藝參數(shù)，如刀具半徑，起刀點(diǎn)、加工走向，主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等。 NC 數(shù)據(jù)處理部分根據(jù)兒何形狀數(shù)據(jù)及加工工藝參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)文件中的實(shí)體廠直線、圓弧、列表點(diǎn)少的數(shù)據(jù)重新排序，列表點(diǎn)先以三次 B樣條曲線進(jìn)行擬合，再用雙圓弧法進(jìn)行插補(bǔ)，形成標(biāo)準(zhǔn)的 G 代碼格式。 刀具軌跡仿真部分主要是檢驗(yàn)數(shù)控程序語(yǔ)法錯(cuò)誤，加工時(shí)是否有干涉現(xiàn)象或刀具軌跡不合理等，可以減少實(shí)際加工中試切次數(shù)和防止設(shè)備、刀具、工件的損壞。 數(shù)控加工程序傳送是微機(jī)和數(shù)控裝置之問(wèn)利用 RS232 接口串行通訊或用磁盤(pán)、紙帶等傳送數(shù)控程序。 表 平面凸輪程序清圖 程序 程序 O0001 N01 G92 X0 Y0 ； N02 G90 G00 S800 M03 ； N03 M08 ； N04 G41 G01 D01 F100； N05 X0 ； N06 G02 ； N07 G02 ； N08 G02 N11 G02 ； N12 G02 ； N13 G02 ； N14 G02 X0 ； N15 G01 ； N16 G40 G00 M09 ； N17 ； N18 X0 Y0 ； N19 M05 ； N20 M19 ； 36 ； N09 G02 ； N10 G02 ； N21 M30 ； 在程序編制階段，圖紙上信息轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)可以接受的形式，會(huì)產(chǎn)生三種誤差： (1)近似計(jì)算誤差：主要產(chǎn)生在加工列表曲線、曲面輪廓時(shí)，采用近似計(jì)算法所發(fā)生的逼近誤差。 (2)插補(bǔ)誤差：這是由于用直 線段或圓弧段逼近零件輪廓曲線所產(chǎn)生的誤差。減少插補(bǔ)誤差的方法是密化插補(bǔ)點(diǎn)，但這會(huì)增加程序段數(shù)目，增加計(jì)算和編程的工作量。 (3)尺寸圓整誤差：這是將計(jì)算尺寸換算成機(jī)床的脈沖當(dāng)量時(shí)由于圓整化所產(chǎn)生的誤差。數(shù)控機(jī)床能反映出的最小位移量是一個(gè)脈沖當(dāng)量，小于一個(gè)脈沖當(dāng)量的數(shù)據(jù)只能四舍五入，于是就產(chǎn)生了誤差。 例如： 如圖 所示 曲線，經(jīng)數(shù)學(xué)處理后，已算得 X 軸方向的絕對(duì)坐標(biāo)值： 1 0X? ， 2 ? ， 3 ? ， 4 ? 。假如控制系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為 脈沖，采用四舍五入法圓整，將坐標(biāo)尺寸換算成脈沖數(shù)，小數(shù)部分四舍五入規(guī)劃圓整。 37 △ X 1 + △ X 2 + △ X 3 = 17. 83123 4△ X 1 27△ X 2△ X 3圖 圓整誤差示意圖 1 0X? ， 2 203X ? ， 3 893X ? ， 4 1783X ? 再進(jìn)行脈沖增量計(jì)算： 1 2 12 3 23 4 3203690890X X XX X XX X X? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 由此可見(jiàn)此法簡(jiǎn)單無(wú)誤差積累，當(dāng)程序中編入 1X? 、 2X? 、 3X? 后，可保證刀具沿 X 軸方向從第 1 點(diǎn)到第 4 點(diǎn)其誤差只有 。 采有“累進(jìn)計(jì)算法”圓整，其計(jì)算步驟如下： 首先計(jì)算程序段的增量值 1 2 12 3 23 4 32. 03 46. 89 38. 90 4X X XX X XX X X? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 再次把增量值按脈沖當(dāng)量進(jìn)行脈沖數(shù)化： 1 ?? ， 2 ?? ， 3 ?? 最后逐點(diǎn)累加進(jìn)位（四舍五入）圓整得： 1 203X?? 舍 累計(jì)入 2X? ， 2 689 .3 689 .7X? ? ? ?； 38 2 690X?? 進(jìn)位時(shí)欠 累計(jì)入 3X? ， 3 890 .4 890 .1X? ? ? ?； 3 890X?? 舍去 個(gè)脈沖，相當(dāng)于 。 由此可見(jiàn)，圓整后仍有誤差，但已很小。 同理各 Y 、 Z 坐標(biāo)尺寸也需同樣圓整化處理。 因?yàn)樵谡麄€(gè)系統(tǒng)還有控制系統(tǒng)與進(jìn)給系統(tǒng)誤差，以及零件定位誤差、對(duì)刀誤差、刀具磨損誤差、工件變形誤差等等，所以，零件圖紙上的公差，只有一部分分配給編程過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差，大約只等于零件誤差的 ~ 倍。 （ 1）消除進(jìn)給間隙減少進(jìn)給系統(tǒng)誤差，特別是在連續(xù)重復(fù)加工中為了 消除進(jìn)給系統(tǒng)的各累積誤差，最好每隔一段時(shí)問(wèn)返回機(jī)床零點(diǎn)一次。應(yīng)每次開(kāi)機(jī)后也回機(jī)床零點(diǎn)使進(jìn)給系統(tǒng)有一個(gè)絕對(duì)的參考基準(zhǔn)，消除各軸問(wèn)隙。具體操作方法是：在“ OPERA”功能下，按 F8 鍵，即操作方式成為返回機(jī)床零點(diǎn)方式，屏幕上可看到“操作”二字后出現(xiàn)“機(jī)床零”三個(gè)字。此時(shí)按循環(huán)啟動(dòng)鍵 X、 Y 、 Z、 A 均返回機(jī)床零點(diǎn)。如果按“ ENTER”回車(chē)鍵。則每個(gè)軸坐標(biāo)按順序不返回零點(diǎn)。 （ 2）進(jìn)行誤差補(bǔ)償，用千分表測(cè)出每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)誤差，在“ PA RAM”功能下，按 F5 鍵后屏幕顯示各軸的問(wèn)隙代號(hào)，輸入已測(cè)出的各軸問(wèn)隙值，按“ ENTER”回車(chē)鍵生效。應(yīng)該指出的是，輸入的問(wèn)隙值以脈沖數(shù)計(jì)，從 0～ 99 個(gè)脈沖。根據(jù)脈沖當(dāng)量值還要換算成具體的補(bǔ)償值。 可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)與數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用為凸輪的設(shè)計(jì)和加工提供了較大的方便，能很好地保證凸輪的設(shè)計(jì)要求和加工質(zhì)量。 39 第四章 盤(pán)形凸輪的數(shù)控銑削 加工工藝及編程 盤(pán)形凸輪的數(shù)控銑床加工實(shí)例一： 平面凸輪零件是數(shù)控銑削加工中常見(jiàn)的零件之一，其輪廓曲線組成不外乎直線－圓弧、圓弧－圓弧、圓?。菆A曲線及非圓曲線等幾種。所用數(shù)控機(jī)床多為兩軸以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床。加工工藝過(guò)程也大同小異，現(xiàn)以平面盤(pán)形凸輪為例分析其數(shù) 控銑削加工工藝。工件的上、下底面及內(nèi)孔、端面已加工。完成凸輪輪廓的程序編制。 1．零件圖樣工藝分析 從圖 2— 2 上的要求可以看出，凸輪曲線分別由幾段圓弧組成，內(nèi)孔為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，其余表面包括 4 13 7H?? 孔均已加工。故取內(nèi)孔和一個(gè)端面為主要定位面，在連接孔 13? 的一個(gè)孔內(nèi)增加削邊銷(xiāo)，在端面上用螺母墊圈壓緊。因?yàn)榭资窃O(shè)計(jì)和定位的基準(zhǔn)，所以對(duì)刀點(diǎn)選在孔中心線與端面的交點(diǎn)上，這樣很容易確定刀具中心與零件的相對(duì)位置。 2．加工調(diào)整 零 件加工坐標(biāo)系 X、 Y 位于工作臺(tái)中間，在 G53 坐標(biāo)系中取 X＝－400， Y＝－ 100。 Z 坐標(biāo)可以按刀具長(zhǎng)度和夾具、零件高度決定，如選用 20mm? 的立銑刀，零件上端面為 Z 向坐標(biāo)零點(diǎn)，該點(diǎn)在 G53 坐標(biāo)系中的位置為 Z＝－ 80 處。將上述三個(gè)數(shù)值設(shè)置到 G54 加工坐標(biāo)系中。凸輪輪廓加工工序卡見(jiàn)表 。 表 銑凸輪輪廓加工工序卡 40 材料 45 鋼 零件號(hào) 812 程序號(hào) 8121 操作序號(hào) 內(nèi)容 主軸轉(zhuǎn)速 ? ?/ /minr 進(jìn)給速度 ? ?/ /minm 刀具 號(hào)數(shù) 類(lèi)型 直徑/mm 1 銑凸輪 輪廓 2021 80、 200 1 20mm?立銑刀 20 3．?dāng)?shù)學(xué)處理 該凸輪加工的輪廓均為圓弧組成，因而只有計(jì)算出基點(diǎn)坐標(biāo)，才可編制程序。在加工坐標(biāo)系中，各點(diǎn)的計(jì)算坐標(biāo)如下： BC 弧的中心 1O 點(diǎn)： (1 7 5 6 3 . 8 ) s in 8 5 9 3 7 . 2 8(1 7 5 6 3 . 8 ) c o s 8 5 9 2 3 5 . 8 6xy ? ? ? ? ?? ? ? ? ?， EF 弧的中心 2O 點(diǎn)： 2 2 269xy?? 2 2 2( 64) 21xy? ? ? 解之得 ? ， ? HI 弧的中心 4O 點(diǎn)： (1 7 5 6 1 ) s in 2 4 1 5 2 1 5 . 1 8(1 7 5 6 1 ) c o s 2 4 1 5 9 6 . 9 3xy ? ? ? ? ?? ? ? ?， DE 弧的中心 5O 點(diǎn)： 2 2 ?? 2 2 2( ) ( ) ? ? ? ? 解之得 ? ， ?? B 點(diǎn)： 6 3 .8 s in 8 5 9 9 .9 66 3 .8 c o s 8 5 9 6 3 .0 2xy ? ? ? ?? ? ? ?， C 點(diǎn)： 2 2 264xy?? 2 2 2( ) ( 235 .86) 175xy? ? ? ? 解之得 ?? ， ?? D 點(diǎn)： 2 2 264xy?? 2 2 2( 6 3 .7 0 ) ( 0 .2 7 ) 0 .3xy? ? ? ? 解之得 ? ， ?? E 點(diǎn)： 2 2 2( 6 3 .7 0 ) ( 0 .2 7 ) 0 .3xy? ? ? ? 2 2 2( 65. 75 ) ( 20. 93 ) 21xy? ? ? ? 41 解之得 ? ， ?? F 點(diǎn)： 2 2 2( ) ( 16) 46xy? ? ? ? 2 2 2( 65. 75 ) ( 20. 93 ) 21xy? ? ? ? 解