數控車床上的多邊形車削

銑削不是加工多邊形零件的唯一方法。在數控車（chē）床上也可以切割多邊形，效率可以比銑削高出幾倍甚至幾十倍。但用這種（zhǒng）方法加工多邊形零件時，數控（kòng）車床必須配有兩個(或兩個以上)回轉（zhuǎn）車刀，數控係統也要有相應的特（tè）殊功能。基於此，本文介紹了多邊（biān）形（xíng）車削的原理及其在

fanuc數（shù）控車床(CNC)和SINUMERIK數控係統的實現方法。

關鍵詞:多邊形；車床；數控；旋轉車刀；刀軸；主軸

多邊形隨處可見，比如連接（jiē）操作手柄的（de）方杠、六（liù）角螺母、六角（jiǎo）頭（tóu）螺釘和螺栓。因為多邊形銑削是銑床的典型功能，所（suǒ）以銑削是（shì）人們加工多邊形零件的常（cháng）用加工方法。數控車床上除（chú）了銑削，還可以切（qiē）削多邊形零件，效率可以比銑（xǐ）削高出幾倍甚至幾十倍。

1、多邊形車削的原理

眾所周知，車（chē）削時，工件高速旋轉（zhuǎn），車刀沿軸向（xiàng）進給切削，會使工件形成圓（yuán）柱麵。然而，如果車刀根據需要與工件同時旋轉，則可以形成刀（dāo）具尖端相對（duì）於工件的多邊形軌跡。這種方法與刀具（jù）在工件（jiàn）表麵旋（xuán）轉時（shí）的銑削有（yǒu）本質區別，進給（gěi）運動產生的是平麵或其他（tā）輪廓麵，所以仍（réng）屬於車削的範疇，即多邊形車（chē）削。

如圖1所示，A為工件回轉（zhuǎn）中心(主軸中心)與刀具(車刀（dāo）)回轉中心(回轉刀盤（pán）中心)的距離（lí），B為刀具的回轉半徑；將工件和（hé）刀具的旋轉（zhuǎn）角速度分別設定為α和β；以工件中（zhōng）心為X-Y笛卡爾坐（zuò）標係的坐標原（yuán）點，刀盤中心和刀尖的初始位置（zhì）分別為P0(A，0)和Pt0(A-B，0)。為了計算方便，主運動(即（jí）工件的旋（xuán）轉運動)等（děng）價於刀架繞工件中心反方向旋轉，車刀的運動是自身繞刀盤中心旋轉和刀具繞工件（jiàn）中心旋轉的複合運動。任何時間t後的刀尖位置

Pt為(Xt，Yt)，如圖2所示，可以（yǐ）用公式(1)和(2)表示（shì）:

當然，這些多邊形的邊並不是嚴格意義上的直（zhí）線，但（dàn）是如果A和B足夠接近，也就是A+B和A-B之差足夠大，那麽由此產生的形狀誤差可以忽略（luè）不計，一般取A ≤ 1.5B

2.多邊形車床的（de）結構

根據前麵提到的（de）多邊形（xíng）車削原理，在普通車床的小支撐板上，除了常（cháng）用的方形刀架外，還（hái）在主軸軸線的另一側(即後置)安裝一個軸線與主軸平行的旋轉軸箱，車削刀盤安裝在箱外靠近主軸的軸端，即刀盤軸和刀盤軸箱。刀軸由主軸箱和（hé）刀軸箱中的齒輪驅動。改（gǎi）變掛輪可以實現主軸和刀軸之間不同傳動比的傳動，如1:2或1:3等。通過使用對稱安裝有不同數量（liàng）的車（chē）刀(例如2個或3個)的刀頭（tóu），可以車削具有（yǒu）4條邊和6條邊的多邊形。因此，多邊形（xíng）車床的結（jié）構是在普通車床的（de）基（jī）礎上增加（jiā）刀盤軸箱及其傳動係統。顯然，這種傳動結構非常複（fù）雜，設（shè）計製造多邊（biān）形車床並不容易。

由於數控多（duō）邊形車床不（bú）需（xū）要主軸和刀（dāo）盤軸之間的（de）機械傳動鏈，數（shù）控車床可以很好的（de）解決這個問題。因此，數控（kòng）技術的應用，基本解決了數控多邊形車床（chuáng）的機械傳動困難，但在實際加工中，數控係統要有相應的功能，同時刀盤軸要（yào）配置（zhì）成回轉伺服軸（zhóu）(FANUC 0I數控係統（tǒng）)或第二主軸（zhóu）(SINUMERIK數控係統（tǒng）)。為（wéi）了使（shǐ）刀（dāo）盤（pán）軸與主軸的轉速比同步，需要在主軸上安裝位（wèi）置編碼器，為刀盤軸提（tí）供實時（shí）動態同步信號（hào）。另外，相應的參數（shù）要設置正確，使用時程序要正確。典型數（shù）控多邊形車床的主軸、刀盤軸和旋轉刀架之間的（de）結構布局如圖4所示。

3.多邊形（xíng）車削的設置和編程

在Fanuc係列數控（kòng）係統（tǒng）中，當刀盤軸配置為（wéi）伺服軸時，應先設置為旋轉軸，其主要參數如表1所示。

此外，參數7610必須設置為旋轉軸的控製軸（zhóu）號，以確定該軸是多邊形車（chē）削中（zhōng）的刀頭軸。正（zhèng）確設置參數後，可以（yǐ）按照以下編程(前提是選項功能有效)車削（xuē）所需多邊形:G00 X30.0 Z2.0 S1000 M03(快進到（dào）工步起點同時啟動主軸，工件轉速1000/rmin-1)g 51.2 P1 q 2；(啟動刀盤旋轉（zhuǎn），刀盤轉速為2 000轉/分鍾。

2此處車（chē）刀（dāo）)G01 X20.0 F1.0(x軸切（qiē）割:切刀)Z-30.0；(Z軸進給:進給)G00 X30.0(x軸退刀)G50.2(停止刀盤旋轉)M05(停（tíng）止主軸)該程序可以車（chē）削長度為（wéi）30 mm、截麵邊長為20 mm的方棱柱，G51.2 P1 Qn(例中n=2)是多邊（biān）形車削功能開始（shǐ）指令，可以使工件（jiàn）(主軸)和車刀(刀盤軸)的旋轉在任意時刻嚴格保持1:n的速比（bǐ），G50.2是功能結束指令。

在SINUMERIK係列係統中，多邊形車削是通過主軸同步（bù）實現的，因此必須將刀盤軸設置為第二（èr）主軸（zhóu），即其軸參數MD 35000 $ ma _ spind _ assign _ to _ machax必（bì）須（xū）設置為2。編程時使用指令COUPDEF(S2，S1，n.0，1.0)，其中(n=2，3，...，n)定義了S1(主軸)和S2(刀（dāo）盤軸)的同步關係，速比為1:n，COUPDEL(S2，S1)未定義；開始指令是優（yōu）惠券(S1 S2)，結束指令是COUPO(S1 S2)。其他程序如啟動、切入（rù）、進給和退出與上述FANUC程（chéng）序相同。

4.結（jié）論。

多邊形零件的質量取（qǔ）決於係統的質量、刀盤軸的伺服（fú）響應特性、反饋原件(主軸位置編碼器)的性能（néng）以及伺服電機和刀（dāo）盤軸（zhóu）之間的傳動（dòng）裝置(聯軸器)的質量。現在多（duō）邊形車床的設計和製造已經非常（cháng）簡化，可以通過編程實現多邊形車削的（de）數量和尺寸，使得多邊形車削更加方便靈活。除FANUC和SINUMERIK係統外，西班牙（yá）的FAGOR、台灣省（shěng）的SYNTEC和國內的一些數控係統（tǒng）都可以實現多邊（biān）形（xíng）車削。但無論（lùn）是哪種係統，都需要正（zhèng）確設置和（hé）編程。因此，相關人員應重點關注數控係統的編程，以確保加（jiā）工出的零件符合要求。