數控車削凸輪時刀具實時擺動角（jiǎo）度控製的宏程序應用研究-刀具網-數（shù）控機床市場網

您現在的位置：數（shù）控係統（tǒng）網> 技術（shù）前沿>數控車削凸輪時刀具實時擺動角度控（kòng）製的宏程序應用研究

數控車削凸輪時刀具實時擺動角度控製的宏程序應用研究

2018-9-20 來源：湖南汽車工程職業學院機電工程係作者：洪美琴

摘要：車削凸輪（lún）時（shí）刀（dāo）具工作角（jiǎo）度要保（bǎo）持恒（héng）定不變，為此刀具在車削過程中需要繞（rào）回（huí）轉中心擺（bǎi）動一定的（de）角度。文中根據刀具擺（bǎi）動轉角的計算公式，利用數控（kòng）宏程序（xù）及（jí）數控係統變（biàn）量（liàng）實（shí）現刀具擺動角（jiǎo）度的實時計算，並利用旋（xuán）轉軸指令（lìng） A #1 作為控製信號來實時控製伺服電機的轉（zhuǎn）動，以實現刀具工作角度恒定不變的目的。

關鍵詞：擺動（dòng）角度；變量；係統變量；宏程序

0、引言

車削凸輪時（shí），刀具根據凸輪輪廓的變化作高速（sù）往複（fù）移動的同時還（hái）要擺動一定的角度以修正補償（cháng）刀具工作角度變化，使車削過程中刀具的（de）工作角度保持恒定值，如圖（tú）1 所示。切（qiē）削過程中凸輪隨主軸轉動（dòng），刀具往複移動的同（tóng）時（shí）繞回轉中心擺動（dòng） α 角，在切削凸輪輪廓曲線的不同部位時，車刀（dāo）切削點的法線始終通過刀具的回轉中心，確保（bǎo）車刀刀尖的切削點（diǎn）與（yǔ）刀具回轉中心的連線在切削點的法線 n-n上，因而使車削（xuē）過程中刀具工作角度恒定不變，使凸輪始終在合理狀態下切削。由車削時刀具與凸輪的幾何位置關係可以得出，刀具相對於被加工凸輪的運動軌跡相當於滾子對（duì）心從動件平麵凸（tū）輪機構運動狀態，如圖（tú） 2 所示。

圖 2 中凸（tū）輪的滾子中（zhōng）心可假設成刀具回（huí）轉中心，刀具回轉中心點即為滾子對心從動件的理論（lùn）廓線（xiàn）上一點，B 點為滾子與凸輪的切點，為凸輪實際廓線上（shàng）的一點，也即刀（dāo）具的切削點，刀具的回（huí）轉半徑相當於滾子半徑。圖 2 中 O 為凸輪（lún）的回（huí）轉中心，∠OO1B 為凸輪的瞬時壓（yā）力角。經圖 1 與圖 2 比較，凸輪的（de）瞬時壓力角與刀具擺動補（bǔ）償角度值相等，即與刀具實時（shí）擺動角（jiǎo）度 α 相等。車削時根據凸輪輪廓實時計算切削點的刀具擺動角度值，此值作為控製信號控製伺服電機轉動對應的角度，從（cóng）而控製刀具的轉角以達（dá）到車削時刀（dāo）具保持恒定前、後角的目的。

1 、刀具（jù）實時擺動角度的計算（suàn）分析

車（chē）削凸輪時刀具工作角度保持（chí）不變，其刀尖繞回轉中心回（huí）轉（zhuǎn）而（ér）擺動相應的角度。刀具擺動的角度相當於凸輪的（de）瞬時（shí）壓（yā）力角，與∠OO1B 相等，因此可根據（jù）圖 2 來計算。圖 2 中滾子（zǐ）中心 O1點的坐標（biāo）計算式為：x=（s0+s）·sinφ；y=（s0+s）cosφ 。式中：x、y 為滾子中心點坐標；s0為凸輪的（de）基圓半徑；s 為凸輪的行程距離；φ 為凸輪的轉角。B 點直角坐標計算式（shì）為：x'=x-rccosβ；y'=y -rcsinβ。式中：x'、y'為 B 點的坐標；rc為滾子半徑，相當於刀具切削點到回轉中心的距離 R；β 為法線 n-n 與水平線的夾角。

2 、刀具擺動角度實時計算的數控係統變量選擇

從刀具擺動角度計算式推導過程可知實時擺動角度值（zhí） α 與凸（tū）輪（lún）的轉（zhuǎn）角即主軸的轉角 φ 成函數關係，所以需要（yào）獲得主軸（zhóu）的實時轉角來計算刀具的擺（bǎi）動角度（dù）值（zhí），為此選用數控（kòng）係統的係統變量來實時（shí）獲得主軸轉角信息，通過宏程序來實（shí）現實時計算。數控係統變量能夠獲取包含在機（jī）床處理（lǐ）器或 NC內存中的隻讀或讀/寫信息，包括與機床處理（lǐ）器有關的交換參數、機床狀態參數、加（jiā）工參數等（děng）係統（tǒng）信息。實現凸輪的數控車削加工，通過宏程（chéng）序利用數控係統旋轉軸功（gōng）能來控製伺服電機轉動來控製（zhì）刀具的擺動角度（dù），同時加工中要實時讀取主軸位置信息，需要選用帶三軸（zhóu）、四軸功能的數控（kòng）係統的數控車床。由於選（xuǎn）用（yòng）的機床（chuáng）具有伺服電機主軸功能，因而可以（yǐ）利用主軸位置（zhì）信息數控係（xì）統變量（liàng）直接（jiē）讀取主軸位置信息。如FANUC0i -TD 數控係統，根（gēn）據 FANUC 0i -D 係統變量的設定，位置（zhì）信息中當（dāng）前指令位置機床坐標係下的係統變量為 #5021～#5025，#5021、#5022 對應第一軸、第（dì）二軸，即（jí） 2 個基本軸 X、Z 軸係統變量，#5023 則對應為主軸當前位置的係統變量，應用 #5203 變量就能直接得到凸輪的實時轉角 φ 值。

3 、宏程序（xù）編程分析（xī）

刀具擺（bǎi）動角度計算除與凸輪的轉角 φ有函數關係（xì）外（wài），還與凸輪行程s有（yǒu）函（hán）數關係（xì），而凸輪的（de）行程也與凸輪的轉角有函數（shù）關係。因此根據上述公式計算刀具擺動角度值時，首先要根據凸（tū）輪從動（dòng）件運動規律方程式來計算 s值（zhí）。對於不同的凸輪輪廓隻要改變從動件運動（dòng）方程式，運用基本相同的宏程序即可（kě）實現刀具實（shí）時擺動角度的計（jì）算和擺角指（zhǐ）令（lìng）控製信號的輸出。

3.1 刀具實時擺動角度宏程序編程的變量定（dìng）義

宏程（chéng）序的相關變量的確定是依據計算刀具（jù）擺動角度的公式來定義，如刀具的擺動角度、凸輪回轉角度即主軸轉動角度、凸輪從動件行程等，具體變量參數如表 1 所示。

3.2 宏程序程序（xù）段設計

刀具擺動角度計算與凸輪的轉角即主軸的轉角有關，凸輪轉角 φ 的變量 #12 由（yóu）主軸位置信息係統變量（liàng）#5023 來定義，即 #12=#5023。

4、刀具擺動角度的宏程序設（shè）計（jì）

計算刀具（jù）擺動角度（dù）的宏程序計算的變（biàn）量可以分為已知量，如凸輪運動方程中升距、停止角、升程角、降程角及基圓半徑，車削刀具刀尖（jiān）到刀架回轉中心的距離。對這些（xiē）變量直接賦值。以（yǐ）一個實際凸輪為例來編寫宏程序。該凸輪順時（shí）針轉過（guò） 180°時，從動件上升（shēng） 50mm；當凸輪接著轉（zhuǎn）過 90°時，從動件停歇不動；當凸輪轉（zhuǎn）過剩餘 90°時，從動件（jiàn）返回原處（chù）。O1328（子（zǐ）程序）

程序段中 A 為第四軸（zhóu）地址字，A#1 指令控製伺服電機轉動對應的角度，以實時控（kòng）製刀具的（de）工作角度，使其保持（chí）恒定值。

5 、結論

刀具工作角度要保持恒定值是數控車削凸輪時要（yào）解決的一個關鍵問題，車削時刀具要（yào）繞刀架（jià）回轉中心擺動（dòng）一定（dìng）的角度，擺動值要隨凸輪輪廓變化實時計算（suàn）出來。選用高端數控係統如 FANUC 0i-D 的數控機（jī）床，利（lì）用數控（kòng）係統主（zhǔ）軸位置（zhì）信息係統變量實時讀（dú）取主軸的轉角，通過宏程序實現刀具擺動角度的實時計（jì）算，同（tóng）時旋轉軸指令作為控製信號控製伺服電（diàn）機轉動，不僅解決了實時計算並能實（shí）時輸出旋轉角度指令 A#1的難題，還能實現不同的凸輪輪（lún）廓隻要改（gǎi）變凸輪運動條件參（cān）數（shù）賦值均可采用宏程序進行實時計算輸出控製指令 A#1，以實時控（kòng）製刀具擺動的角（jiǎo）度，適應性強，應用範圍廣.

投稿箱：
如果您有（yǒu）機（jī）床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息（xī）

名企推薦

業界視點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多

數控機床