极坐标插补功能在车铣复合加工中心的研究
& & & & &在激烈竞争的今天，产品的个性化、多样化会在一定 程度上提升产品的竞争力。对于复杂零件的加工，在机械行 业，从工艺上来讲主要有工序分散和工序集中两大原则。工 序分散是传统的加工工艺，每台机床只完成一道或几道工 序。工序集中是在一次装夹过程中完成许多工序或全部工 序。例如要加工一个端面有外形轮廓的回转体零件，釆用传 统的加工方法只能是在普通的数控车床上加工回转体部分， 然后在上装夹找正，继续端面外形轮廓的加工。这 样的工艺不能在一次装夹过程中完成所有工序的加工，工件 的二次装夹，势必影响零件的相互位置加工精度和生产效 率；如果釆用工序集中的工艺方法，就要有工序高度复合的 机床，车铣复合的出现，就为工序集中提供了机床保障。车铣复合是在直角坐标系的基础上，增加了 极坐标系功能，使得在一次装夹后既能进行外圆柱 面加工又能进行回转体类零件端面多边形轮廓或多边形凹 槽的加工。甚至还可以在工件端面进行盘形凸轮和刻字加工。
1、车铣复合的相关坐标及切削运动
& & & & & & 数控车床在编程时使用右手直角笛卡尔坐标系，但是在 端面加工编程时使用极坐标系，这个坐标系的建立是在与车 床Z轴垂直的平面内，由互相垂直的虚轴（C轴）和实轴（X 轴）组成，极坐标系的坐标原点与程序原点重合，虚轴C轴 的单位不是度，而是毫米，且用半径值表示。
一般的车铣复合加工中心都有两种加工模式，根据加工 零件的结构使用不同的刀具系统，在其不同的加工模式支持 下进行加工。常用的加工模式：一是普通的车削加工模式， 在该模式下，车铣复合就等同于常规数控车床，工件的旋转 运动为主运动，主要动力来源于主轴伺服电动机，进给运动 有车刀的纵向或横向来完成，主要在X-Z平面内进行加工。 二是具有动力功能的铣削加工模式，在该模式下，工件的回转（C轴的回转）不再是主运动，它和X、Z轴一起完成进给 运动。而主运动切换到高速回转的旋转类刀具，它的动力主 要有C轴伺服电动机来提供。在该模式下，机床具有X、Z 和C (绕Z轴旋转的轴，简称C轴）三个坐标轴，此时两轴 联动机床变成三轴联动控制，当然也可以进行二维坐标编 程。主要是在X-Z平面；X-C极坐标平面；Z-C柱面。由于 篇幅有限这里只研究X-C极坐标平面的应用。
2、& 极坐标插补功能对的定义
极坐标插补功能是将轮廓控制由直角坐标系中编程的指 令转换成一个直线轴运动（刀具的运动）和一个回转轴的运 动（工件的回转）。即将X-C极坐标系转换成直角坐标系， 执行极坐标插补指令后坐标原点仍为原工件坐标系的原点， 垂直于X轴的假想直线轴为C&轴，现在的C&轴不再是原 来表示工件回转角度的C轴而是表示长度的直线C&轴。如 图二，这种方法主要用于车床上切削端面或端面凸轮。
3、 极坐标插补功能 指令格式：
N&G12.1&&&&&&&&&&&&&&&&&& 启动极坐标插补方式
N&G13.1&&&&&&&&&&&&&&&&&& 极坐标插补方式取消
指令说明及编程注意事项：
(1)在程序编制中实轴X的坐标用直径值表示，虚轴C 的坐标用半径值表示，不能用角度表示。
(2)极坐标插补模式下刀具半径补偿算法与其它坐标模
式下算法不同，因此在机床处于刀具补偿模式下，G12.1指 令不能被执行，要想执行G12.1插补模式机床必须处于刀具 补偿取消状态。
(3)在指定指令G12.1之前，必须设定一个工件坐标系， 回转轴中心是该坐标系的原点，且在G12.1方式中，坐标系 绝对不能改变。
(4)在执行G12.1指令过程中，不能使系统复位或断开 电源等操作，否则极坐标插补被取消。刀具将撞向工件，造 成刀具损坏或损坏机床。
(5)在使用刀具半径补偿模式时，注意铣刀半径输入机 床，否则造成工件过切或欠切。
(6)启动极坐标插补方式G12.1，极坐标插补方式取消 G13.1必须在单个程序段内使用。
4、回转轴的切削进给速度
极坐标插补将直角坐标系中的刀具运动转换为回转轴 (C-轴）和直线轴（Z-轴）的刀具运动，当刀具移动到快接 近工件中心时，进给速度的C-轴分量变大，会超过C-轴的 最大切削进给速度（由机床参数设定），产生报警，为防止 C-轴分量超过C-轴最大切削进给速度，应降低F地址指令的 进给速度，或者编程程序使刀具不能接近工件中心。
如图三，在直线L1、L2和L3中，AX是刀具在直角坐 标系中进给速度为F的单位时间内移动的距离，当刀具从L1 移动到L2和L3时，刀具在直角坐标系中对应于AX每单位 时间移动角度增加从a1到a2到a3。换句话说，进给速度的c-轴分量在刀具接近工件中心时变大了。因为在直角坐标 系中的刀具运动已经转换为C-轴和X-轴的刀具运动，进给 速度的c分量会超过c-轴的最大切削进给速度。
L：当刀具中心接近工件中心时刀具中心和工件中心之间 的距离（以mm为单位）
RC轴的最大切削进给速度（deg/min)
& & & 则,在极坐标插补中可以用地址F指令的速度可由下列 给出，指令的速度允许值，由该式计算，且提供理论值；实 际使用时，由于计算误差，必须使用比理论值稍小一些的值。&
5、极坐标插补功能应用案例（外六角堵头的加工)
由于篇幅有限，本零件非极坐标插补程序将省去，在这 里只编制端面外六方轮廓程序（极坐标插补功能的应用）。
在编程之前,须确定加工时刀具所经过的工件各点在极 坐标系XOZ中的坐标值（X向为直径值，C向为半径值）， 刀具的切削路线为（如图四）：PA-P1-P2-P3-P4-P5-P6-PE, 坐标值为：PA(X36.4,C17)P1(X36.4,C10.5)P2(X36.4, C-10.5)P3(X0，C-21)P4(X-36.4，C-10.5)P5(X-36.4, C10.5)P6(X0，C21)PE(X46，C7.7)。
参考程序：
定义进给量
G97S1500M13;
设定铣刀转速
启动C轴，进入铣削状态
极坐标插补生效
G41G01X36.4C17F200;
进行刀具半径左补偿
刀具定位至Z-34处
X36.4C10.5;
刀具由PA-P1
刀具由P1-P2
刀具由P2-P3
X-36.4C-10.5;
刀具由P3-P4
刀具由P4-P5
刀具由P5-P6
刀具由P6-PE
刀具退刀至Z5处
G40X60Z10；
取消刀具半径补偿
取消极坐标插补模式
取消C轴，机床退出铣削状
态，进入车削状态
铣刀旋转停止
G0X80Z100；
退刀至安全位置
目前的车铣复合加工中心正朝着更大工艺范围、更高效 率、大型化以及模块化的方向发展，已不再局限于三轴联动 的车铣中心，在国外已有五轴联动的以车为主同时兼顾强大 功能的铣、磨等工作复合的多功能机床。运用在航空航天、 精密制造、汽车制造等各个领域。其优点是工序高度集中， 在一次装夹后完成大部分或全部工序，从而提高零件的行为 精度及生产效率提供了有力保证。但是车铣复合加工机床在 我国的使用才刚刚起步，还有很多问题需要解决，特别是加 工工艺、编程技术、机床维护、生产管理等领域也急需研究 提高。值得庆幸的是有很多院校和企业已加入研制工序高度 复合的机床行列。
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专利名称数控车铣复合加工中心的制作方法
技术领域本实用新型涉及ー种数控车铣复合加工中心，用于对エ件连续自动的钻孔、锪孔、铰孔、镗孔和攻螺纹、车铣削等エ序加工的车床设备。
背景技术近年来，我国数控加工技术发展迅速，国产数控车床已基本上能满足国内普通市场的需求。目前，高性能的卧式车削和车铣复合加工车床，通过技术引进和自主研发，某些产品也能满足国内部分高端用户的需求，但是，对于某些尖端用户需求，技术条件还存在着ー些不足，如Y轴行程小、而且需两轴联动才能实现，高速加工与重削不能同时兼顾，机身分体设计铸造刚性差易震动，单刀塔维护困难价格高，以及为均衡负载而加大伺服电机成本高、且不能提高加工精度等问题。对于高精度的卧式车铣复合、双主轴卧式车削和卧式车削车床仍然依靠进ロ，因此开发我国高精度的数控车铣复合加工中心车床是急需解决的课题。实用新型内容本实用新型的目的就是针对上述提出的问题，为人们提供一种数控车铣复合加工中心，它是在床身上含有两个主轴和带有动カ刀塔的氮气平衡装置組成，具有对エ件进行钻、锪、铰、镗孔和攻螺纹、车铣削自动连续作业功能。本实用新型的目的是通过以下技术措施来实现包括床身、前主轴、后主轴及氮气平衡装置组成，是在床身上面的一边装有前主轴，另ー边装有后主轴，后边装有氮气平衡装置，后主轴装在线规轨道上，并与丝杆装配后装在轴承座上，氮气平衡装置装在线规轨道上，并与丝杆装配后装在轴承座上，氮气平衡装置呈斜式装在床身上。所述是氮气平衡装置组成是在Z轴床鞍滑板前面装有X轴床鞍滑板，X轴床鞍滑板下边装动力刀塔。所述是在前主轴和后主轴前装有卡盘。本实用新型的优点I、采用人性化的设计，控制面板旋转并能移动，拥有IOOOmm-IlOOmm的主轴中心高，人体相对于卡盘不超过350mm，适合人的生理特点，使人在工作环境中感到舒适、操作方便、用カ适当。2、采用稳定的氮气平衡系统做为均衡负载装置，解决车床上、下移动负载大的难题。3、采用双主轴设计，配装全自动液压卡盘，确保六面体エ件全自动加工。Y轴行程达220mm，使车铣削功能更充分发挥。高速加工与重削同时兼顾。4、床身基座主体，采用球墨铸铁一体铸造成型，耐磨性好，消磨性优于钢近十倍。床身60度布局，筒状中空截面，抗扭曲和弯曲变形，提高了刚性。5、采用大容量、高刚性的12エ位双动カ刀塔，换刀速度接近了“零换刀时间”状态，方便维修。
以下将结合附图对本实用新型作详细说明图I是本实用新型的立体示意图。
具体实施方式
由图I所示，本实用新型包括床身I、前主轴2、后主轴3及氮气平衡装置7组成，是在床身I上面左边装有前主轴2，右边装有后主轴3，后边装有氮气平衡装置7，所述的后主轴3装在线规轨道8上，并且与丝杆10装配，然后再装在轴承座9上位于床身I面上，前主轴2和后主轴3前分别装有卡盘11 ;所述的氮气平衡装置7呈斜式装在床身I线规轨道8上，然后再 装在轴承座9上位于床身I上面，后主轴3和氮气平衡装置7均可由丝杆10带动左右移动；氮气平衡装置7组成是在Z轴床鞍滑板5前面装有X轴床鞍滑板6，X轴床鞍滑板6下边装动力刀塔4。
权利要求1.一种数控车铣复合加工中心，包括床身(I)、前主轴(2)、后主轴(3)及氮气平衡装置(7)组成，其特征是在床身(I)上面的一边装有前主轴(2)，另ー边装有后主轴(3)，后边装有氮气平衡装置(7)，后主轴(3)装在线规轨道(8)上，并与丝杆(10)装配后装在轴承座(9)上，氮气平衡装置(7)装在线规轨道(8)上，并与丝杆(10)装配后装在轴承座(9)上，氮气平衡装置(7)呈斜式装在床身(I)上。
2.根据权利要求I所述的数控车铣复合加工中心，其特征是氮气平衡装置(7)组成是在Z轴床鞍滑板(5)前面装有X轴床鞍滑板(6)，X轴床鞍滑板(6)下边装动力刀塔(4)。
3.根据权利要求I所述的数控车铣复合加工中心，其特征是在前主轴(2)和后主轴(3)前装有卡盘(11)。
专利摘要本实用新型公开一种数控车铣复合加工中心，用于对工件连续自动的钻、锪、铰、镗孔和攻螺纹、车铣削等工序加工的车床设备。是在床身上面一边装前主轴，另一边装后主轴，后边斜式装有氮气平衡装置。该氮气平衡装置由Z、X轴床鞍滑板和动力刀塔构成。与现有技术相比，本实用新型采用人性化设计、氮气平衡负载装置、双主轴配装自动液压卡盘、床身主体由球墨铸铁一体铸造、12位双动力刀塔等特点。具有操作人员操作方便舒适、解决了车床上下移动负载大、高速加工与重削同时兼顾、床身耐磨和抗扭弯变形刚性提高、换刀速度接近“零换刀时间”状态等优点。
文档编号B23B29/24GKSQ
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发明者邢立杰 申请人:邢立杰}