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数控车床上的多边形车削

Date of issue:2022-06-21 09:45:00  Number of hits:8673

铣削不是加工多边形零件的唯一方法。在数控车床上也可以切割多边形,效率可以比铣削高出几倍甚至几十倍。但用这种方法加工多边形零件时,数控车床必须配有两个(或两个以上)回转车刀,数控系统也要有相应的特殊功能。基于此,本文介绍了多边形车削的原理及其在


fanuc数控车床(CNC)和SINUMERIK数控系统的实现方法。


关键词:多边形;车床;数控;旋转车刀;刀轴;主轴


多边形随处可见,比如连接操作手柄的方杠、六角螺母、六角头螺钉和螺栓。因为多边形铣削是铣床的典型功能,所以铣削是人们加工多边形零件的常用加工方法。数控车床上除了铣削,还可以切削多边形零件,效率可以比铣削高出几倍甚至几十倍。


1、多边形车削的原理


众所周知,车削时,工件高速旋转,车刀沿轴向进给切削,会使工件形成圆柱面。然而,如果车刀根据需要与工件同时旋转,则可以形成刀具尖端相对于工件的多边形轨迹。这种方法与刀具在工件表面旋转时的铣削有本质区别,进给运动产生的是平面或其他轮廓面,所以仍属于车削的范畴,即多边形车削。


如图1所示,A为工件回转中心(主轴中心)与刀具(车刀)回转中心(回转刀盘中心)的距离,B为刀具的回转半径;将工件和刀具的旋转角速度分别设定为α和β;以工件中心为X-Y笛卡尔坐标系的坐标原点,刀盘中心和刀尖的初始位置分别为P0(A,0)和Pt0(A-B,0)。为了计算方便,主运动(即工件的旋转运动)等价于刀架绕工件中心反方向旋转,车刀的运动是自身绕刀盘中心旋转和刀具绕工件中心旋转的复合运动。任何时间t后的刀尖位置

1.png

Pt为(Xt,Yt),如图2所示,可以用公式(1)和(2)表示:

1.png

当然,这些多边形的边并不是严格意义上的直线,但是如果A和B足够接近,也就是A+B和A-B之差足够大,那么由此产生的形状误差可以忽略不计,一般取A ≤ 1.5B


2.多边形车床的结构


根据前面提到的多边形车削原理,在普通车床的小支撑板上,除了常用的方形刀架外,还在主轴轴线的另一侧(即后置)安装一个轴线与主轴平行的旋转轴箱,车削刀盘安装在箱外靠近主轴的轴端,即刀盘轴和刀盘轴箱。刀轴由主轴箱和刀轴箱中的齿轮驱动。改变挂轮可以实现主轴和刀轴之间不同传动比的传动,如1:2或1:3等。通过使用对称安装有不同数量的车刀(例如2个或3个)的刀头,可以车削具有4条边和6条边的多边形。因此,多边形车床的结构是在普通车床的基础上增加刀盘轴箱及其传动系统。显然,这种传动结构非常复杂,设计制造多边形车床并不容易。


由于数控多边形车床不需要主轴和刀盘轴之间的机械传动链,数控车床可以很好的解决这个问题。因此,数控技术的应用,基本解决了数控多边形车床的机械传动困难,但在实际加工中,数控系统要有相应的功能,同时刀盘轴要配置成回转伺服轴(FANUC 0I数控系统)或第二主轴(SINUMERIK数控系统)。为了使刀盘轴与主轴的转速比同步,需要在主轴上安装位置编码器,为刀盘轴提供实时动态同步信号。另外,相应的参数要设置正确,使用时程序要正确。典型数控多边形车床的主轴、刀盘轴和旋转刀架之间的结构布局如图4所示。


3.多边形车削的设置和编程


在Fanuc系列数控系统中,当刀盘轴配置为伺服轴时,应先设置为旋转轴,其主要参数如表1所示。


此外,参数7610必须设置为旋转轴的控制轴号,以确定该轴是多边形车削中的刀头轴。正确设置参数后,可以按照以下编程(前提是选项功能有效)车削所需多边形:G00 X30.0 Z2.0 S1000 M03(快进到工步起点同时启动主轴,工件转速1000/rmin-1)g 51.2 P1 q 2;(启动刀盘旋转,刀盘转速为2 000转/分钟。


2此处车刀)G01 X20.0 F1.0(x轴切割:切刀)Z-30.0;(Z轴进给:进给)G00 X30.0(x轴退刀)G50.2(停止刀盘旋转)M05(停止主轴)该程序可以车削长度为30 mm、截面边长为20 mm的方棱柱,G51.2 P1 Qn(例中n=2)是多边形车削功能开始指令,可以使工件(主轴)和车刀(刀盘轴)的旋转在任意时刻严格保持1:n的速比,G50.2是功能结束指令。


在SINUMERIK系列系统中,多边形车削是通过主轴同步实现的,因此必须将刀盘轴设置为第二主轴,即其轴参数MD 35000 $ ma _ spind _ assign _ to _ machax必须设置为2。编程时使用指令COUPDEF(S2,S1,n.0,1.0),其中(n=2,3,...,n)定义了S1(主轴)和S2(刀盘轴)的同步关系,速比为1:n,COUPDEL(S2,S1)未定义;开始指令是优惠券(S1 S2),结束指令是COUPO(S1 S2)。其他程序如启动、切入、进给和退出与上述FANUC程序相同。


4.结论。


多边形零件的质量取决于系统的质量、刀盘轴的伺服响应特性、反馈原件(主轴位置编码器)的性能以及伺服电机和刀盘轴之间的传动装置(联轴器)的质量。现在多边形车床的设计和制造已经非常简化,可以通过编程实现多边形车削的数量和尺寸,使得多边形车削更加方便灵活。除FANUC和SINUMERIK系统外,西班牙的FAGOR、台湾省的SYNTEC和国内的一些数控系统都可以实现多边形车削。但无论是哪种系统,都需要正确设置和编程。因此,相关人员应重点关注数控系统的编程,以确保加工出的零件符合要求。


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