MAG 曲軸車拉外銑 NC 編程研究與應用（yòng）
2023-4-28 來源： 神龍汽車有限公（gōng）司 作者：徐詠祥 李道國
摘要 : 加工程序由 NC 根據零件幾何參數的設定自動生（shēng）成。通過曲軸升程、切入角、切出角、軸頸直徑、連杆頸相位角、回退（tuì）位置、工步布置等參數自動編譯生成。NC 將軸頸的圓弧切削分成細微的直線插補。每一段切削中包含（hán）工件的旋轉角度、X1 軸（zhóu）和 X2 軸的位置、進給速度。每一個工步對應一個子程序。
關鍵詞 : 參數編程 連杆頸 升程 切入角工步
1.引言
MAG 車拉外銑是曲軸加工過程中的重要裝（zhuāng）備之一。由於曲（qǔ）軸結構特殊，加工工藝（yì）複雜，導致 NC 編程難度加大。通常加工新品種時 NC程序都是由設備廠家（jiā）根據機床結構特點來進行編製的。2022 年神龍公司需要生產 FCA 曲軸，請廠家來編程（chéng）成本較高，時間也較緊張。經過（guò）幾個月的研究，我們搞清楚了 MAG 車拉外銑整套 NC 程序的結構及所有參數化編程的原理。同（tóng）時，根據該原理，我們成（chéng）功編寫了一套應（yīng）用於 FCA 曲軸的加工程序，不僅節省了一筆費用，也保證了公司（sī） FCA 曲軸項目的順利推進。
圖 1 設備各伺服（fú）軸運動示（shì）意圖
2.MAG 車（chē）拉外（wài）銑設備結構特點
如（rú）上圖 1 所示，MAG 車拉外銑共有 10 個數控（kòng）伺服軸（zhóu），共同協調完成曲軸主軸頸和連杆頸（jǐng）的車拉外銑加工。為提高加工效率，保證加工（gōng）精度，設備采用了雙刀盤結（jié）構（gòu）設計（jì）。通常左刀盤加工主軸頸，右（yòu）刀盤加工（gōng）連杆頸（jǐng）。左卡盤固定，右卡盤W1 軸可以獨立左右方向移動，以適應不同（tóng）長度的（de）曲軸加工。中（zhōng）心架（jià） W2 也（yě）可以（yǐ）左右移動，用來調整中（zhōng）心架的夾持位置。從整個（gè）結構來看，是一個非常開放的設計，可滿足用戶多品種的加工（gōng）需求。
3. 程序結構
MAG 車拉外銑 NC 程序根據程序實（shí）際控製內容可劃分為準備程（chéng）序、加工程序、安全（quán）程序三個部分。
3.1準備程序
準備程序主要用於加工前的準備（bèi）、加工過程中的應（yīng）急處（chù）理以及加工完成後的上下料（liào）等工作（zuò）。加（jiā）工前的準（zhǔn）備主要包括工件類型選擇、各軸定位兩個準備工作。工（gōng）件類型（xíng）選（xuǎn）擇是通過人機界麵編程裏麵的參數來進行選擇。工件類型還包含了 W1 軸的位置即工件（jiàn）長度、刀具壽（shòu）命兩個主要信息。各軸定（dìng）位動作包含 :Z1、Z2 軸定位到加工位 ;W1 軸（zhóu）根據設定的工件長度定位（wèi）到（dào）工件兩（liǎng）端合適的位置 ;W2 軸中心架定位到（dào）設定的夾持位。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行檢測，隻有到達設定的範圍後才認為定位動作執行完成。刀盤（pán）信息（xī）則是在刀盤更換後自動讀取（qǔ）刀盤文件裏的數據獲取。
3.2加工程序
加工程序由 NC 根據零件幾何（hé）參數的（de）設定自動生成。通過曲軸升程（chéng）、切入角、切出角、軸頸直徑、連杆頸相位角、回退位（wèi）置、工步布置等參數自動編譯生成。NC 將軸頸的圓（yuán）弧切削分成細微的直線插補。每（měi）一（yī）段切削中包含工件的旋轉角度，X1 軸和（hé） X2 軸的位置，進給速度。每一個工（gōng）步對（duì）應一個（gè）子程序。
3.3安全程序
安全程序在設備整個自（zì）動循環過程中一直運行，當各個移（yí）動部件觸發了設定的（de）任意一條安全條件後係統（tǒng）會執行相（xiàng）應的安全處理措施，通常是將各軸的速度設為零，使軸無法移動，從而達到保護機床的（de）效果。
4. 參數化編程
MAG 車拉外銑 NC 程序采用（yòng）了（le）參數化編程。
用戶可通過人機界麵對工件類型、零（líng）件幾何參數、刀具信息等進行設定，NC 則根據用戶設定的參數自動生成加工程序（xù）。主要包括以下幾部分內容。
4.1 工件類型選擇
工件類型選擇程序通過圖 2 界（jiè）麵進行設定（dìng）。
圖（tú） 2 選擇程序界麵
下麵以零件 EC5_A 選（xuǎn）擇程序進（jìn）行說明 :
每個零件類型中設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” 下麵的數值 1053 表示 W2 軸加工時移動到的位置（zhì），該位置是根據工（gōng）件長度和頂尖長度設定的。刀具係統鏈接的是加（jiā）工該工件所引用的刀具數據文件，左右兩個刀盤分別對應兩個刀（dāo）具（jù）數據文件。依照上述編程規則，我們完成（chéng）了 FCA 曲軸T4 類型的選擇程序（xù）編程。如圖 3 所示，在工件程序目錄下將原來使用的程序複製一份，將文件夾名改（gǎi）為新零件（jiàn）對應的名稱 T4.WPD, 該文件夾裏麵的四個文件也改成相應的名稱（chēng） T4.MPF、T4.TOA、T4.UFR、T4_CH2.MPF。 接 下 來 進入（rù）工件選擇畫麵（miàn）（如圖 2），同樣可以將原來的（de）工件類（lèi）型複（fù）製粘貼到空白行，修（xiū）改工件名稱為T4 與工件（jiàn）程序名稱一致。型號 “3” 與準備程序startup.mpf 中語句 CASE $A_DBW[404] OF 0GOTOF ERROR_1 1 GOTOF TYPE1 2 GOTOFTYPE2 3 GOTOF TYPE3 對應。
圖 3 新增 T4 零（líng）件程序
4.2 加（jiā）工程序
加工程序是放在子程序目錄（lù）中的，程序名和程序內容都是自動生成的。BEARB00 是總的加工控製程序，裏麵包含程序原點的偏移、中心（xīn）架的夾持位置、每個軸頸相對於曲軸左端麵的距離。BEARB01 對應第一工步，BEARB02 對應第二工步，每個子程序對應一個工步（bù）。
4.2.1 軸承位置的設定
進（jìn）入軸承數據 - 軸承位置（zhì）畫麵，需要（yào）加工的軸頸從左往右先連杆頸後主（zhǔ）軸頸進行（háng）排序編號，該編號在後續的（de）工步編製中要用（yòng）到。下麵可以對所編輯（jí）的軸頸進行注釋，如 MAIN5 表（biǎo）示第（dì）五主軸頸，PIN3 表示第三連杆頸。“中間處軸承” 表（biǎo）示加工該軸頸所使用的（de）定位基準，“1” 為該軸頸的左端麵為基（jī）準（zhǔn），“2” 為軸頸中心（xīn）點為基準，“3”為右端麵為基準，這些基準會影響加工時刀具左右定位的位置。每個軸頸到曲軸左端麵的距離在圖（tú） 4 所示畫麵中（zhōng）定義，如圖 4 中數值 “363.7” 表示第五主軸頸到曲軸左端麵的距（jù）離為363.7毫米，下麵的 “.02” 為精調修正值 0.02 毫米（mǐ）。
圖 4 軸承（chéng）位置設定示意圖
4.2.2 軸承幾何精度的相（xiàng）關參數設定
圖 5 軸徑參數設定
切入角用來指定刀具從哪（nǎ）個角度接近（jìn）軸頸，從而避開平衡塊實現最（zuì）優的加工節拍。切出角表示退刀時工件所處的角度，要兼顧（gù）工件是否加工完成和設備安全。軸承（chéng）直（zhí）徑是指加工完成後軸頸的直（zhí）徑，軸承直徑會影（yǐng）響快進轉工進的位置，主要是定義（yì）軸頸加工尺寸。連杆頸升程是根據產品要求設定的。連杆頸角度是指連杆頸相對（duì）於基準角的角（jiǎo）相位。退刀位置指一個工步加工完成後刀盤（pán）後退的距離，以避免進入下一工步時與平衡塊發生碰撞。切削線速度是由刀具（jù）特性決定的，用來控製加工時刀盤的（de）旋轉速度，因為有的產品需要加（jiā）工平衡塊的側麵，從而導致在工件的不（bú）同角度切削量不一致，所以設定了最（zuì）高線（xiàn）速度和最低（dī）線速度，當切（qiē）削量最小時使用最高速度，切削量最大時使用最低速度。每（měi）轉進給量指刀盤每（měi）旋轉
一（yī）圈的切削量（liàng）。
4.2.3 工（gōng）步
軸承數據編輯完成後需要將這些軸承加工進行（háng）組合，左（zuǒ）刀盤是加工（gōng）主軸頸，右刀盤是加工連杆頸，由於連杆頸進刀角度以及（jí）連杆頸和主軸（zhóu）頸在工件上軸向位置的限製，所以連杆頸（jǐng）和主軸頸加工不能任意組合，而全部分（fèn）開又會影響整（zhěng）體的加工節拍，所以需要合（hé）理的分配工步內容。圖 6 “工序號 “5” 由 “6”” 中的（de） “5” 表示當前編（biān）輯的工步號，“6” 表示（shì）整個加工工步為六步。銑刀（dāo） 1 表示左刀盤加工的內容，銑刀 2 表示（shì）右刀盤加工的內容。下麵的 “83” 和 “2” 表示軸承號，由於右刀盤在加（jiā）工（gōng） 2 號軸頸時不適於左刀盤加工，因此在這裏設置了一個中間（jiān）等待位置即“83”，此時左刀盤退到（dào）安全（quán）位置等待。“跟刀架”是定義右卡（kǎ）盤的程序原點（diǎn）偏移。“中心（xīn）架” 表（biǎo）示在該工步中是否需要夾緊（jǐn），“1” 表示需要夾緊，“0”表示不需要夾緊。編輯完當前（qián）工步後點（diǎn）擊右側“上個步驟”或（huò）“下個步驟”編輯前一工步或後一工步。
圖 6 工（gōng）步設定
4.2.4 刀具數據
圖 7 刀具參數設定
刀具數據頁麵中需要（yào）給定刀盤到刀座基準的距離，兩個相鄰刀片（piàn）之間的間距，刀盤的寬度（dù），加（jiā）工時以刀盤的哪個位置為基準（zhǔn）。刀具管理的基本數據存儲在控製（zhì）係統。換刀後（hòu），該數據塊被加載到控（kòng）製係統中。刀具數據基於相關刀具盤和刀具數據塊（kuài）。刀具數據存儲在硬盤上的文件中。每個刀具數據塊有一個文件（jiàn），文件名包含刀具係統編號和左右（yòu）刀盤編號。如下 :
圖 8 刀具文件名定（dìng）義（yì）
刀具係統號即為工件型號（hào）選擇畫（huà）麵中的 “刀具係統”，左右（yòu）刀盤號 “01” 表示左刀盤，“02”表示右刀盤，一般一個機床一個操作號。
4.2.5 生成加工程序
數據填寫（xiě）完畢後即可生成加工程序，點擊“編程序”，係（xì）統自動將生（shēng）成的（de）新的子程序放入（rù）“子程序” 目（mù）錄下並刪（shān）除原來的程序。子程序以（yǐ）BEARB 開頭，後麵（miàn）的數（shù）字表（biǎo）示工步號。
圖 9 加工程序（xù）生（shēng）成
5. 結束語
MAG 車拉外（wài）銑在加工曲軸主（zhǔ）軸頸和連杆（gǎn）頸外圓時，由（yóu）於曲軸連杆頸外圓容易受平衡塊的幹涉以及隨動需要，加工難度非常大，這樣就導致了 NC 編程非常困難。MAG 廠家（jiā）針對車拉外銑（xǐ）零件加工特點，開發了一套自動生成 NC 程序的軟件，從而（ér）大大簡化了編（biān）程工作（zuò）量。作為 MAG車拉外銑的用戶，隻有深入了解了（le）這套軟件的使用方法，掌握了參數編程要點，才能對該（gāi）機床進行新品種（zhǒng）零件的 NC 編（biān）程，從而擴充機床的零（líng）件加工範圍（wéi）。
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