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回转坐标系在MaK柴油机加工中的应用

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摘要:MaK柴油机对排气管尺寸精度要求较高,按传统方法加工存在定位难、加工效率低、精度难以保证的问题。设计了一套工装装夹用以定位,同时辅以回转坐标系,满足了加工尺寸精度要求,并实现了批量生产。

关键词:柴油机;排气管;加工;回转坐标系

引言

排气管在柴油机中不是关键件,在普通镗床上加工即可满足其尺寸精度要求。但MaK柴油机对排气管的尺寸精度要求较高,在普通机床上加工不能满足其尺寸精度要求,须安排至卧式加工中心加工。MaK柴油机的排气管形状各异,但是部分结构相似,主要分为两法兰和三法兰两种类型。本文的研究对象为三法兰排气管中最具代表性且相对复杂的一种,见图1。

1加工难点与问题分析

该排气管加工难点主要在于装夹方式以及坐标系的确定。从图2中可见:三法兰式排气管可以在一次装夹中加工完毕,但是可以用作装夹的表面均为毛坯面,重复定位精度难以保证;若将工装设计成固定支撑或定位,很可能在装夹时就会产生干涉,导致装夹无法完成。同时坐标系的确定也是一个难点,由于均为毛坯面定位,重复定位精度无法保证,每件工件的坐标系统须重新设置,在批量生产中不仅加工效率难以提高,且加工精度也难以保证。

2解决方案

为了达到批量生产的目的,设计工装结构如图3所示。其中一圆法兰下设置成短V型铁定位,其余两法兰设置成三方向均可调节的支撑结构,方便校调时快速调整。由于有三个法兰面须要加工,且各个法兰面的相对位置要求较高,在加工中心设定坐标系时会有如下两种选择:(1)定一个坐标系。须要工装和工作台面相对位置固定,通过在工装底面打定位销和工作台面连接即可实现;同时还须要保证工件和工装的相对位置一定,也就是要保证重复定位精度,但是排气管的装夹面都是毛坯面,工件和工装的重复定位精度很难保证,所以定一个坐标系是不合适的。(2)每个法兰面定一个坐标系。须要每个坐标系的相对位置一定,实际操作中须要根据粗加工及划线定一个基准法兰面的坐标系,再通过理论计算得到其余各面的坐标系。由于每件工件装夹位置都不同,基准法兰面的坐标系数值是不断变化的,所以每件工件装夹之后都必须重新计算其余各面的坐标系数值,这在实际量产中非常耗时。通过机床的宏程序来计算其余各面的坐标系数值可大幅度提高生产效率。图4为以一两法兰弯头作为范例推导回转坐标系计算公式。通过图中的三角函数关系可得出计算公式:#5261=(#5281-#998)×cosα-(#5283-#999)×sinα+shift_x+#998#5263=(#5281-#998)×sinα+(#5283-#999)×cosα+shift_z+#999下面以FANUC系统为例,使用宏指令中的工件零点偏置系统变量(#5261~#5283)、局部变量(#01~#03)以及公共变量(#998、#999)编制图示弯头的加工程序。①主程序O1234M98P0600G90G00G57B0M0N10G90G57B0(G57面加工内容)N20G90G56B135(G56面加工内容)M30②子程序O0600#998=501.070.#999=-949.584.(将机床回转中心坐标值X、Z向公共变量#998、#999赋值)#01=135.#02=123.744#03=88.388(将须要用到的参数向局部变量#01、#02、#03赋值:#01为两法兰角度差值,即机床工作台顺时针旋转,从基准法兰面到目标法兰面经过的角度,该值始终为正值;#02为目标法兰面的坐标系原点在该法兰面坐标系中相对于基准法兰面坐标系原点的偏置值,在本例中为G56坐标系原点在G56坐标系中相对于G57坐标系原点的Z向偏置值,该值有正负,本例中为正;#03为目标法兰面的坐标系原点在该法兰面坐标系中相对于基准法兰面坐标系原点的偏置值,在本例中为G56坐标系原点在G56坐标系中相对于G57坐标系原点的X向偏置值,该值有正负,本例中为正。)#5261=[#5281-#998]×cos[#01]-[#5283-#999]×sin[#01]+#02+#998#5263=[#5281-#998]×sin[#01]+[#5283-#999]×cos[#01]+#03+#999#5262=#5282(通过公式计算目标法兰面坐标系X、Z值,并向G56坐标系工件零点偏置系统变量赋值,其中Y值不会随工作台回转而变化,所以Y值可以通过图纸直接获取,本例中两法兰Y向无差值,故Y坐标相等)M99将该宏程序应用到三法兰排气管中,得到如下程序:①主程序O2345M98P0700G90G00G56B0M0N10G90G56B0(G56面加工内容)N20G90G57B0(G57面加工内容)N30G90G58B0(G58面加工内容)M30②子程序O0700#998=501.070#999=-949.584#01=90#02=301.1#03=221#5281=[#5261-#998]×cos[#01]-[#5263-#999]×sin[#01]+#02+#998#5283=[#5261-#998]×sin[#01]+[#5263-#999]×cos[#01]+#03+#999#5282=#5262-369.7#11=270#12=-301.1#13=75.75#5301=[#5261-#998]×cos[#11]-[#5263-#999]×sin[#11]+#12+#998#5303=[#5261-#998]×sin[#11]+[#5263-#999]×cos[#11]+#13+#999#5302=#5262-369.7M99须要说明的是,该排气管与示例中的弯头的区别在如下两个方面:首先该排气管有三个法兰面须加工,选择腰形法兰面(G56坐标系)为基准法兰面,其余两个法兰面(G57、G58坐标系)坐标系数值均须通过程序计算,故子程序为两段,分别计算G57和G58坐标系数值。其次该排气管三个法兰面中心高度(即Y向坐标值)不同,两圆形法兰中心高度一致,与基准法兰面中心差值可以从图纸中读出,为369.7,故两目标法兰面坐标系Y向坐标值计算公式均为在基准法兰面坐标系Y向坐标值上减去差值369.7。综合以上两件工件给出回转坐标系在卧式加工中心加工排气管时的详细使用方法:(1)装夹校正完毕,选择一个法兰面作为基准法兰面,通过粗加工面以及划线找到该面坐标原点,并记录到机床工件坐标系存储单元G56(可以根据需要选择任意坐标系,只须更改公式中的工件零点偏置系统变量#5261~#5263即可)中。(2)测得机床回转中心X、Z坐标值U、W。(3)通过图纸读出或计算出如下参数:①机床工作台顺时针旋转,从基准法兰面到目标法兰面经过的角度C;②目标法兰面的坐标系原点在该法兰面坐标系中相对于基准法兰坐标系原点的X、Z向偏置值X、Z;③两法兰Y向坐标差值Y。(4)编制程序如下。主程序O0001M98P0600G90G00G56B0M0N10G90G56B0(G56面加工内容)N20G90G57B0(G57面加工内容)M30子程序O0600#998=U#999=W#01=C#02=X#03=Z#5281=[#5261-#998]×cos[#01]-[#5263-#999]×sin[#01]+#02+#998#5283=[#5261-#998]×sin[#01]+[#5263-#999]×cos[#01]+#03+#999#5282=#5262+YM99(5)运行程序,系统会自动计算G57(可以根据需要选择任意坐标系,只须更改公式中的工件零点偏置系统变量#5281~#5283即可)坐标系的原点坐标,并存入对应的工件坐标系储存单元。

3结论

该方法适用于卧式加工中心加工高精度要求的MaK排气管,并可延伸至其它须多面加工的零件。加工中只须确定选定的基准面的坐标系的原点坐标即可,其余加工面的坐标系原点坐标均通过系统自动计算。本方法解决了由于多次定位坐标系原点导致的时间和误差问题,提高了劳动效率,并且可获得良好的相对位置精度,保证了产品的质量。

参考文献

[1]杜军.数控宏程序编程手册[M].北京:化学工业出版社,2014.

[2]王先逵.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3]王伯平.互换性与测量技术基础[M].北京:机械工业出版社,2013.

作者:李寅 王蔚鸿 江海滨 单位:安庆中船柴油机有限公司

柴油机杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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