圆柱面蜂窝状孔群在FANUC系统镗铣床上加工的宏程序应用

2013-05-14青海华鼎重型机床有限责任公司大通810100马永红张林邦

金属加工(冷加工) 2013年16期

青海华鼎重型机床有限责任公司（大通 810100）马永红张林邦

此前，我公司承接的外协件，从用户提供的图样上分析，该件外圆的表面上有密集网孔（见图1）。经过工艺分析，这些小孔的排列方式最根本、最重要的特点就是：任意一个小孔的中心到与之相邻的6个小孔中心的距离都是相等的。该零件上小孔的排列致密、均匀。这种正六边形蜂窝状的排列，所切除的通孔即为近似正六边形，而与其相邻六孔的连线为正六边形的边长。由于用户供货件数只有一件，从用户提供的图样上分析，被加工件壁厚较厚。且属于单件小批量的外委加工。如果利用钣金结构在满足图样要求的板材上通过冷冲模冲压出正六边形蜂窝状孔群或者通过在数控钻床上来加工这些孔。然后利用卷筒设备卷制呈圆筒状，再采用坡口焊接的方法来保证用户所提供图样的要求不太现实。

图1 圆柱面蜂窝状孔群示意图

综合分析图样要求，由于被加工件的壁厚较厚，并且相邻孔间距的尺寸精度要求比较高，且考虑到交货周期、加工工艺的合理性、有效性及加工成本。经分析决定，将该件的加工工艺安排在镗床上加工。我单位在现有的设备中有普通镗床（安装有分度头）和具有5轴联动的数控落地镗铣床，如果安排在普通镗床上加工，需将该工件装夹在分度头上，通过手动计算确定每次的转角，用手工操作分度头，使之依次停留在每个预设的角度上，再以普通的加工方法进行加工。这种普通的加工方法存在有多次的分度误差和操纵误差，这些误差并进行累积。使得图样上要求的尺寸精度很难精确控制。经试验后，决定安排在数控落地镗铣床上加工，B轴（工作台的回转轴）的轴线垂直于Y轴，如图2所示为圆柱面上正六边形蜂窝状孔群的展开图。

图2 圆柱面上正六边形蜂窝状孔群展开示意图

从图样上分析：图中的孔群按照特征可区分为两组，两组呈交错分布，在计算时需要考虑两组孔群的相互位置关系，每组中，孔在X轴、B轴两个方向上都呈等距离均匀分布，由于这里表达的是展开图，所以孔间距的计算和确定相对比较复杂。

如图2所示，孔在X轴长度方向上的“等距”完全是一种X轴上的线性“等距”，长度方向（X轴）的精确计算与控制相对比较简单。不会带来计算的不便和精度误差。

而孔在B轴圆周方向上的“等距”完全是一种围绕X轴轴线的圆心角角度的“等距”，确切地说是“等角度”。圆心角角度的计算比较复杂，因为圆弧封闭一周即是360°，而圆周周长上的计算由于圆柱的半径不同，对应的弧长也不同，随之也直接影响到圆周周长上的孔间距，如何使得二者的关系协调，成为编制宏程序时数学表达的关键。通常在数学上有两种处理思路，分别如下：

（1）根据X方向上的孔间距来反推导适合的360°等分份数：由图2可知：先定X方向上的孔间距#4→计算弧长（即图中AC线段长度#5）→再推导角度。

一般来说，在常规的机械图样表达上都是标注出#4这种形式的孔间距。同样的，由此所推导出的参数#5必然不会是整数，而再由#5来推算所取角度的等分数应该是多少、能否整除与360°等也同样受制于圆柱面的半径，而且有可能衔接误差较大，进而导致在圆周的衔接不够精确。

（2）根据圆柱面半径先行确定适合的360°等分份数：由图2可知：先定角度→计算弧长（即图中AC线段长度#5）→再推到X方向的“孔间距”#4。显然在程序中角度B都可以被360°所整除，角度B的表达简单、明了，圆周上的孔间距分布更佳，但由此所推导出的一系列参数如#5、#4等必然不会是整数。

此外所取角度等分数能否整除与360°，很大程度上受制于圆柱面的半径，计算和”调整参数”的工作将主要集中在程序编制前期，且比较麻烦。

其实无论上述1或2的数学思想，都是基于完全同样的数学关系，唯一不同的是已知和求解的起始点、路径和终点。鉴于此，在实际加工的宏程序的编制中，采用第1种方法比较妥当。

在整个加工过程中Y坐标都保持在Y0处不变，即以圆柱轴线作为G 54的Y0位置，工作台在Y方向上始终不予以移动；B轴每转一个角度（停下来），则在X方向的不同位置依次钻孔；直至完成所有的角度；而Z方向以圆柱面的表面作为G54的Z0平面。

另外，对于在X方向上的有效加工长度范围，则采取开放式编程，具体可参见下面的数控加工程序。

O2011；

N10 #1=____（圆筒内壁直径φ）

N15 #2=____（圆筒可用于钻孔的有效长度L）

N20 #3=5.0（钻孔直径d）

N25 #4=2*#3（长度方向上相邻两孔的间距2d（经验值）