銑削不是加工多邊形零件的唯一方法。在數(shù)控車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。但用這種方法加工多邊形零件時，數(shù)控車床必須配有兩個(或兩個以上)回轉車刀，數(shù)控系統(tǒng)也要有相應的特殊功能?；诖耍疚慕榻B了多邊形車削的原理及其在

fanuc數(shù)控車床(CNC)和SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

關鍵詞:多邊形；車床；數(shù)控；旋轉車刀；刀軸；主軸

多邊形隨處可見，比如連接操作手柄的方杠、六角螺母、六角頭螺釘和螺栓。因為多邊形銑削是銑床的典型功能，所以銑削是人們加工多邊形零件的常用加工方法。數(shù)控車床上除了銑削，還可以切削多邊形零件，效率可以比銑削高出幾倍甚至幾十倍。

1、多邊形車削的原理

眾所周知，車削時，工件高速旋轉，車刀沿軸向進給切削，會使工件形成圓柱面。然而，如果車刀根據(jù)需要與工件同時旋轉，則可以形成刀具尖端相對于工件的多邊形軌跡。這種方法與刀具在工件表面旋轉時的銑削有本質區(qū)別，進給運動產(chǎn)生的是平面或其他輪廓面，所以仍屬于車削的范疇，即多邊形車削。

如圖1所示，A為工件回轉中心(主軸中心)與刀具(車刀)回轉中心(回轉刀盤中心)的距離，B為刀具的回轉半徑；將工件和刀具的旋轉角速度分別設定為α和β；以工件中心為X-Y笛卡爾坐標系的坐標原點，刀盤中心和刀尖的初始位置分別為P0(A，0)和Pt0(A-B，0)。為了計算方便，主運動(即工件的旋轉運動)等價于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中心旋轉的復合運動。任何時間t后的刀尖位置

Pt為(Xt，Yt)，如圖2所示，可以用公式(1)和(2)表示:

當然，這些多邊形的邊并不是嚴格意義上的直線，但是如果A和B足夠接近，也就是A+B和A-B之差足夠大，那么由此產(chǎn)生的形狀誤差可以忽略不計，一般取A ≤ 1.5B

2.多邊形車床的結構

根據(jù)前面提到的多邊形車削原理，在普通車床的小支撐板上，除了常用的方形刀架外，還在主軸軸線的另一側(即后置)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。刀軸由主軸箱和刀軸箱中的齒輪驅動。改變掛輪可以實現(xiàn)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(shù)量的車刀(例如2個或3個)的刀頭，可以車削具有4條邊和6條邊的多邊形。因此，多邊形車床的結構是在普通車床的基礎上增加刀盤軸箱及其傳動系統(tǒng)。顯然，這種傳動結構非常復雜，設計制造多邊形車床并不容易。

由于數(shù)控多邊形車床不需要主軸和刀盤軸之間的機械傳動鏈，數(shù)控車床可以很好的解決這個問題。因此，數(shù)控技術的應用，基本解決了數(shù)控多邊形車床的機械傳動困難，但在實際加工中，數(shù)控系統(tǒng)要有相應的功能，同時刀盤軸要配置成回轉伺服軸(FANUC 0I數(shù)控系統(tǒng))或第二主軸(SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng))。為了使刀盤軸與主軸的轉速比同步，需要在主軸上安裝位置編碼器，為刀盤軸提供實時動態(tài)同步信號。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結構布局如圖4所示。

3.多邊形車削的設置和編程

在Fanuc系列數(shù)控系統(tǒng)中，當?shù)侗P軸配置為伺服軸時，應先設置為旋轉軸，其主要參數(shù)如表1所示。

此外，參數(shù)7610必須設置為旋轉軸的控制軸號，以確定該軸是多邊形車削中的刀頭軸。正確設置參數(shù)后，可以按照以下編程(前提是選項功能有效)車削所需多邊形:G00 X30.0 Z2.0 S1000 M03(快進到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，刀盤轉速為2 000轉/分鐘。

2此處車刀)G01 X20.0 F1.0(x軸切割: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(停止主軸)該程序可以車削長度為30 mm、截面邊長為20 mm的方棱柱，G51.2 P1 Qn(例中n=2)是多邊形車削功能開始指令，可以使工件(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，G50.2是功能結束指令。

在SINUMERIK系列系統(tǒng)中，多邊形車削是通過主軸同步實現(xiàn)的，因此必須將刀盤軸設置為第二主軸，即其軸參數(shù)MD 35000 $ ma _ spind _ assign _ to _ machax必須設置為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(刀盤軸)的同步關系，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、進給和退出與上述FANUC程序相同。

4.結論。

多邊形零件的質量取決于系統(tǒng)的質量、刀盤軸的伺服響應特性、反饋原件(主軸位置編碼器)的性能以及伺服電機和刀盤軸之間的傳動裝置(聯(lián)軸器)的質量。現(xiàn)在多邊形車床的設計和制造已經(jīng)非常簡化，可以通過編程實現(xiàn)多邊形車削的數(shù)量和尺寸，使得多邊形車削更加方便靈活。除FANUC和SINUMERIK系統(tǒng)外，西班牙的FAGOR、臺灣省的SYNTEC和國內(nèi)的一些數(shù)控系統(tǒng)都可以實現(xiàn)多邊形車削。但無論是哪種系統(tǒng)，都需要正確設置和編程。因此，相關人員應重點關注數(shù)控系統(tǒng)的編程，以確保加工出的零件符合要求。