凯柏精机极坐标插补功能在车铣复合加工中心-沈阳机床_辽宁机床销售_大连机床_数控机床_立式加工中心_沈一机_中捷立加

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，然后在数控铣床上装夹找正，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，车铣复合加工中心的出现，就为工序集中提供了机床保障。车铣复合加工中心是在直角坐标系的基础上，增加了极坐标系功能，使得数控机床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、车铣复合加工中心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：	说明
00003;	程序名
T1010;	设定刀具
G94F150;	定义进给量
G97S1500M13;	设定铣刀转速
M52;	启动C轴，进入铣削状态
G12.1;	极坐标插补生效
G41G01X36.4C17F200;	进行刀具半径左补偿
Z-34;	刀具定位至Z-34处
X36.4C10.5;	刀具由PA-P1
C-10.5;	刀具由P1-P2
X0C-21;	刀具由P2-P3
X-36.4C-10.5;	刀具由P3-P4
C10.5;	刀具由P4-P5
X0C21;	刀具由P5-P6
X46C7.7;	刀具由P6-PE

Z5；	刀具退刀至Z5处
G40X60Z10；	取消刀具半径补偿
G13.1；	取消极坐标插补模式
M53；	取消C轴，机床退出铣削状
	态，进入车削状态
M15；	铣刀旋转停止
G0X80Z100；	退刀至安全位置
M30；	程序结束

结束语

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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