弧面凸轮铣削宏指令的开发

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Doi：1 0.3969/J.issn.1 009-01 34.201 3.03(E).1 51 双回转坐标弧面凸轮专用铣床基本情况XK640l是-台具有双回转坐标的5轴弧面凸轮专用铣床，如图1所示。机床坐标轴X、z、A、B四个坐标轴为数控伺服坐标轴，全是工件移动轴；W轴为手动调整数显坐标轴，用于中心距的设定，也是工件移动轴。B轴的零点位置，即凸轮旋转中心线与主轴垂直。范成法加工弧面凸轮时，刀具相当于从动盘滚子，既绕滚子轴线旋转，又绕从动盘转动。

采用数控加工方法加工弧面凸轮，多配以计算辅助编程软件。编程人员根据零件图及工艺要求 向计算机输入数据，然后计算机输 出加工程序，再传入数控系统进行加工。

本文介绍-种在FANUC数控系统中利用宏程序开发弧面凸轮铣削宏指令进行弧面凸轮加工的方法。

、L，图1 XK6401弧面凸轮专用铣床坐标轴2 弧面凸轮机构的运动规律分度凸轮机构的运动规律主要有余弦加速度、正弦加速度、345次多项式、改进等速、改进梯形加速度、改进正弦加速度等多种运动规律。

无量纲时间T ：O：凸轮的转角 (rad)或 (。)；e，：凸轮的分度期转角 (rad)或 (。)，也称为凸轮动程角。

无量纲位移S- ；f：转盘的转角 (rad)或 (。)；： 转盘的分度期转角 (rad)或 (。)。由分度数决定，如8分度，则 45。。

改进正弦加速度运动规律：由三段组成，在行程的中间-段为周期较长的正弦加速度运动规律，在行程的始末为周期较短的正弦加速度运动规律。

o 丁<吉， (兀丁-1sin71； 4 ) 84 I 、 /≤ < ， ： f 2兀 -9sin r4roT.1 8 8 4兀 4 j /l/l<1， 4T- 4sin ) 8 47c 、J如图2所示分度数为6的单头左旋凸轮为例，说明滚子与凸轮工作面的啮合过程：转盘分度期开始时如图2(a)所示，凸轮转角00，No.2滚子与No.1滚子与凸轮定位环面左、右两侧分别接触，No.1滚子的起始位置30。，No.2滚子的起始位置-30。，No.3滚子的起始位置-90。。当凸轮以收稽日期：2012-10-25基金项目：国家科技支撑计划：面向汽车零部件产业的数控装备开发及应用示范 (2012BAF13B10)作者简介：罗敏 (1967-)，男，研究员级高级工程师，教授，主要从事数控技术应用研究。

[481 第35卷 第3期 2013-03(上)] ]- - I 匐 化/ I-T] 。. l/ -/ ∞ 。 ，1I勋 ， I 2《/l[～ ，- I ，(eO/(b) (c)图2 单头左旋凸轮啮合过程O1方向旋转时，其廓面1L推动No.1滚子使转盘以0)2方向转动如图2(b)所示。在廓面1L继续推动Jo1滚子的同时，在适当时刻凸轮廓面2L进入啮合，同时推动No.2滚子如图2(c)所示。此后，No.1滚子退出啮合，仅由廓面2L推动No.2滚子如图2(d)所示。凸轮转过0，后，No.2滚子与No.3滚子分别凸轮定位环面左接触如图2(e)所示。这时转盘已转位， 分度结束，进入停歇期。当凸轮转完360。，转盘上No.2滚子与No.3滚子取代原来的No.1滚子与No.2滚子开始重复上述过程进行下-循环。因此，No.3滚子从-90。到达90。位置，需要3个循环，即凸轮需要旋转3×360。。如此，完成1次凸轮廓面铣削，理论上A轴需要旋转3×360。。

应用范成法加工原理时，A轴旋转实现凸轮旋转，B轴旋转实现转盘摆动。由于本机床所有坐标轴是刀具不动，工件移动，转盘摆动实则是工件摆动。

3 弧面凸轮铣削宏指令针对空间弧面凸轮铣削加工的工艺要求，开发了基于几何形状尺寸、切削工艺参数等数据编程 的宏程序09010。参数PRM6050置 100，则可用G100代码调用09010宏程序。其调用格式为：G100E- HJQC-V-ZRW-DF；E样8：凸轮曲面算法代码。如改进正弦运动规律为8001，改进梯形运动规律为8002等。

V#22：数据密度 (个/度)。即凸轮毛坯每转过1度，输出的数据个数。

4 程序算法设计4.1程序算法设计包括三个方面1)Z向进刀：2)凸轮廓面铣削循环；3)凸轮运动规律算法。

1)Z向快速定位至初始平面#26；2)z向快速定位至R平面#18；3)第1次进刀，进刀量#23；4)开始第1次凸轮廓面铣削循环；5)第1次凸轮廓面铣削循环结束，快速返回R平面#18：6)第2次进刀，进刀量为2倍#23，如果该值大于总进刀量押，则取样7为本次进刀量；7)如此循环往复，直至完成切削深度#7要求的铣削。

第35卷 第3期 2013-03(上) 49 第二层循环次数：#13#11"#22；转盘分度期转角：#133360/#17；B轴初始定位坐标：#101-#5 挣30.82)开始第-层循环。

循环次数：#61～3；A轴初始定位坐标：群132[#6-1 #5360；转 盘 初 始 角 度 ，B轴 初 始 定 位 坐 标 ：#131[井6-2.5] #133 样5。以图2为例，A轴第1个360-始时，B轴初始定位坐标，即图2(a)No3滚子的位置；A轴第2个360-始时，No3滚子转过1个分度期转角，到达图2(a)No2滚子的位置；A轴第2个360-始时，№3滚子又转过1个分度期转角，到达图2(a)№1滚子的位置。

循环次数：槲1-撑13；无量纲时间T：#120#4/#13；凸轮转角0，IPA轴坐标：#130[#120 #l1[#6-1 360] 样5；转盘转角 ，即B轴坐标：调用#8指定的凸轮运动规律子程序计算，计算结果存放#129；当B轴坐标#129的绝对值大于#30.5时，A轴和B轴进行插补进给，pG01 B#129 A#130 F#9；4)第二层循环返回：树 41。

4.3凸轮运动规律算法以改进正弦加速度运动规律为例进行说明。

定义该算法代码为8001，则该算法子程序号为08001。其他算法如法炮制。

1)定义丁c变量：#1003.14159；2)0 卅20<0.125，#119#100"#120-SIN[720.#120]/4：3)o 125 120<0.875，#1192#100"#120-2 25 $1N[240 #12060]：4)0.875 l20

5 凸轮铣削宏程序清单O9010；#1020；Z向进刀量清0N100#1030；Z向进刀标志清O#1 15ABS[#7]；Z向总切入深度#102#102ABS[#23]；计算z向进刀量IF[#102LE#1 15]GOTO1 10；如果#102 #105， 转N110#102#115；N1 10#13#1 1"#22；第二层循环总次数5o 第35卷 第3期 2013-03(上)#133360/#17；转盘分度期转位角井61；第-层循环初值#101-#5 ABS[#30.8/G90G01B#101F100；B轴初始定位WHILE[#6LE3]DO1；当拌6 3，进行 第-层循环#132#6-1 #5 360#13 1[#6-2.5] #133 #5/G9OGO1A#1 32F#41；第二层循环初值WHILE[#4LE#13]D02；当样4≤#13，进行第二层循环#120#4/#13；无量纲时间T#130#l2O$#1l[ -1] 360 #5；计算凸轮转角0M98P#8；调用凸轮运动规律子程序计算转盘转角#129#129 样5：#128ABS[#129；转盘转角 的绝对值#127#30.5IF[#128GEl27]GOTOl0；当#128≥#127时，转N10，G90G01B#129A#130F样9；A轴和B轴插补进给IF[#103EQ1]GOTO10；如果#1031，Z向不进给，转N10M01G90( 3G01Z[#182]H01F200Z#18F9G9lG01Z-样l02F#9G90#1031；Z向进刀标志N10#4#41END2；第二层循环返回IF[#6EQ3IGOTO1 1；如果#63，转N1 1#1 10#13060"#5拌l 1 1#13O120木#5G90G01A#1 10；分度停歇期A轴进给G90G01A拌1 1 1；分度停歇期A轴进给，避免A轴回零时反转走就近路径N1 1#6#61END1；第-层循环返回G90G00Z#26；Z返 回初始平面G00BOA0；A轴和B轴回零 I F[#1 0 2 N E样1 1 5G O T O 1 0 0； 如 果#102#1 15，返回N100M 99o8001：#1003.14159IF[#120GT0.125]GOTo1#1 19#100 #120-SIN[720 #120]/4GOTO4NIlF[#120GT0.875]GoTO2#1192100球#12O-9/4SIN[240"#12060GOTO4N l 19-4#100"#120-SIN[720 #120]/4N4样129-样119 #133，[4#l00 131M 996 加工编程实例图4 弧 面凸轮某弧面 凸轮如图4所示 ，分度数8；中心距108；动程角120。；旋向右；滚子直径 26；运动规律为改进正弦加速度。其加工程序如下：olG90G43G00Z0H01；Z轴回零并启动刀具长度补偿G00X0；X轴回零G00BOA0；B轴和A轴回零S#504M03；主轴启动M08；冷却开G100E#513H#508J#509Q#510C#5l1V#512Z#500 501w#502D#503 505；弧面凸轮铣削M09；冷却关G49G00Z0；Z轴回零并取消刀具长度补偿M30；实际/Jn：i：时分粗加工、半精加工和精加工，但都使用同-程序，只是它们使用不同的刀具和工艺参数，照片，如表1所示。图5(a)是该机床正在加工的图5(b)是加工完成的弧面凸轮照片。

表1 弧面凸轮铣削工艺参数设定项 目 宏变量 粗加工 半精加工 精加工凸轮动程角 #5O8 12O 120 120凸轮曲面旋向 5O9 l 1 1分度数 #51O 8 8 8切入角 #5l1 42 42 42数据密度 5l2 1 1 1凸轮曲面算法 #513 8001 8001 8001代码初始平面 00 50 .50 -50快速R平面 #501 -130 .130 .130单次进刀量 #502 .3 .20.8 -20.7总切入深度 #503 .21 .20.8 .20.7进给速度 并505 60 50 30主轴转速 #504 200 200 200刀具长度补偿 6.5 6.5 6铣刀直径 22 25 26o·0 (a)图5 弧面凸轮加工(b)7 结束语在XK6401弧面凸轮专用数控铣床上，用双回转坐标联动的数控加工方法，开发的弧面凸轮铣削宏指令，完全能够替代弧面凸轮加工自动编程软件，有效地加工出高精度的空间弧面凸轮，在凸轮分度箱的实际装配应用中收到了很好的效果。文中对改进正弦凸轮运动规律算法单独编制了子程序模块，如需采用其它运动规律，只需增加相应的运动规律算法子程序即可，非常有利于扩展。