不均匀毛坯数控车削工步规划与数据存储

0引言

    工艺规划是数控车削编程中的重要环节。合理的规划可以有效提高生产效率，提高零件表面质量。目前，常规零件的数控车削工艺规划方法已经研究得较多日较成熟，并且开发了相应的CAM软件系统，为数控自动编程提供了有力的工具。

    但是，在车削编程中存在一类零件，其特点是断面轮廓复杂，日毛坯尺寸大小不一。这是由于我国的机械加工设备相对落后，轧制的毛坯精度较低造成的。此时，通常按照最大毛坯尺寸编程，其结果是出现空切，加工效率降低。数控车削工艺规划的目标是追求单件工时-最短(高生产率)或加工成木最低，边界约束条件是无几何干涉和工艺干涉。

    因此，在具有切削力检测功能的数控系统中，对于毛坯制造误差大的工件的数控加工，可以采用切削力传感器在线测量毛坯的加工余量，根据加工余量来确定何个车轮不同部位的切削工艺参数(切削厚度、走刀次数等)，这样可以针对不同的毛坯加工时采用不同的走刀方法，从而节约加工时间。本文拟以火车车轮的数控车削为例，述大散差回转体零件车削加工时加工余量在线测量的原理、测量方法以及刀具轨迹生成方法，并讨论进给量和切削速度的确定方法。

1毛坯加工余量在线测量

    图1为某规格火车轮的半剖图，由于毛坯是采用热轧方法制作，毛坯尺寸大小不均，故加工余量不均匀，可采用毛坯加工余量在线测量的方法确定走刀次数和何刀的切削深度。

1.1测量原理

    加工余量在线测量需要利用数控系统的切削力检测功能。力检测系统安装在刀架上，其核心是测力传感器，可把力信号转换为电压信号，并通过串口通信协议传输到CNC中。在该传感器中可以预设一门槛值(通常设置为车轮材料铬锰钢的屈服极限值σ_s)。当刀具和工件接触并开始切削时，切削力突然增加，当切削力达到设定的门槛值时，数控系统将自动结束当前测量程序段的切削，并记下刀具当前位置的X和Z坐标值，经过计算得到某一部位的余量，存入数控系统。从表象上看，刀具一接触到工件即退刀，即在一个测量点测量时仅切一刀。

1.2测量的方法

    由加工余量测量原理可知，测量时刀具沿工件加工ICI的法向切入。图2是加工余量在线测量不怠图。图中，A(x,y)点为规划的测量点，刀具半径为R，测量切入时刀具沿工件表ICI的法向切入，可以不算出图中所T的切削余量的单位法矢量n,其方向与图中测量切入段矢量EA方向相反。设θ为进刀方向与水平线的夹角，则n= (cos,  sinθ ) 。

设刀尖和工件接触时刀具中心X向半径坐标为R601，则精加工轮廓上的点A与刀心O的距离AO=(R601-X)/cosθ

    总切削余量ttotal = A₀- R = (R601-x ) / cosθ -R，设精加工余量为t,，则由总余量可计算得粗加工余量t = ttotal – t_r =(R601-x)/cosθ-R-t_r。

    已知加工余量为ttotal，进刀轨迹为D→E→0，退刀轨迹为O→F→G。设允许最大切深为t_max，则粗加工循环次数N为

    式中的符号“[]”表不向上取整。实际编程时何刀的切削深度为t_real,=t/N。将成品轮廓沿法向先平移t _r距离，再平移N次，何次平移距离为t_real，可以获得刀具运动轨迹。