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(shí)，數(shù)控車床必須配有兩個(gè)(或兩個(gè)以上)回轉(zhuǎn)車刀，數(shù)控系統(tǒng)也要有相應(yīng)的特殊功能?；诖?，本文介紹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(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞:多邊形；車床；數(shù)控；旋轉(zhuǎn)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?yàn)槎噙呅毋娤魇倾姶驳牡湫凸δ?，所以銑削是人們加工多邊形零件的常用加工方法。?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(shí)，工件高速旋轉(zhuǎn)，車刀沿軸向進(jìn)給切削，會(huì)使工件形成圓柱面。然而，如果車刀根據(jù)需要與工件同時(shí)旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)時(shí)的銑削有本質(zhì)區(qū)別，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)中心(主軸中心)與刀具(車刀)回轉(zhuǎn)中心(回轉(zhuǎn)刀盤中心)的距離，B為刀具的回轉(zhuǎn)半徑；將工件和刀具的旋轉(zhuǎn)角速度分別設(shè)定為α和β；以工件中心為X-Y笛卡爾坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)，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(jì)算方便，主運(yùn)動(dòng)(即工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))等價(jià)于刀架繞工件中心反方向旋轉(zhuǎn)，車刀的運(yùn)動(dòng)是自身繞刀盤中心旋轉(zhuǎn)和刀具繞工件中心旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。任何時(shí)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(dāng)然，這些多邊形的邊并不是嚴(yán)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(jì)，一般取A ≤ 1.5B

2.多邊形車床的結(jié)構(gòu)

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(cè)(即后置)安裝一個(gè)軸線與主軸平行的旋轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)。改變掛輪可以實(shí)現(xiàn)主軸和刀軸之間不同傳動(dòng)比的傳動(dòng)，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(gè)或3個(gè))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(jié)構(gòu)是在普通車床的基礎(chǔ)上增加刀盤軸箱及其傳動(dòng)系統(tǒng)。顯然，這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)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(jī)械傳動(dòng)鏈，數(shù)控車床可以很好的解決這個(gè)問題。因此，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，基本解決了數(shù)控多邊形車床的機(jī)械傳動(dòng)困難，但在實(shí)際加工中，數(shù)控系統(tǒng)要有相應(yīng)的功能，同時(shí)刀盤軸要配置成回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速比同步，需要在主軸上安裝位置編碼器，為刀盤軸提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)同步信號。另外，相應(yīng)的參數(shù)要設(shè)置正確，使用時(shí)程序要正確。典型數(shù)控多邊形車床的主軸、刀盤軸和旋轉(zhuǎn)刀架之間的結(jié)構(gòu)布局如圖4所示。

3.多邊形車削的設(shè)置和編程

在Fanuc系列數(shù)控系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)侗P軸配置為伺服軸時(shí)，應(yīng)先設(shè)置為旋轉(zhuǎn)軸，其主要參數(shù)如表1所示。

此外，參數(shù)7610必須設(shè)置為旋轉(zhuǎn)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(shè)置參數(shù)后，可以按照以下編程(前提是選項(xiàng)功能有效)車削所需多邊形:G00 X30.0 Z2.0 S1000 M03(快進(jìn)到工步起點(diǎn)同時(shí)啟動(dòng)主軸，工件轉(zhuǎn)速1000/rmin-1)g 51.2 P1 q 2；(啟動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)，刀盤轉(zhuǎn)速為2 000轉(zhuǎn)/分鐘。

2此處車刀)G01 X20.0 F1.0(x軸切割:切刀)Z-30.0；(Z軸進(jìn)給:進(jìn)給)G00 X30.0(x軸退刀)G50.2(停止刀盤旋轉(zhuǎn))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(zhuǎn)在任意時(shí)刻嚴(yán)格保持1:n的速比，G50.2是功能結(jié)束指令。

在SINUMERIK系列系統(tǒng)中，多邊形車削是通過主軸同步實(shí)現(xiàn)的，因此必須將刀盤軸設(shè)置為第二主軸，即其軸參數(shù)MD 35000 $ ma _ spind _ assign _ to _ machax必須設(shè)置為2。編程時(shí)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(guān)系，速比為1:n，COUPDEL(S2，S1)未定義；開始指令是優(yōu)惠券(S1 S2)，結(jié)束指令是COUPO(S1 S2)。其他程序如啟動(dòng)、切入、進(jìn)給和退出與上述FANUC程序相同。

4.結(jié)論。

多邊形零件的質(zhì)量取決于系統(tǒng)的質(zhì)量、刀盤軸的伺服響應(yīng)特性、反饋原件(主軸位置編碼器)的性能以及伺服電機(jī)和刀盤軸之間的傳動(dòng)裝置(聯(lián)軸器)的質(zhì)量?，F(xiàn)在多邊形車床的設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)非常簡化，可以通過編程實(shí)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(tái)灣省的SYNTEC和國內(nèi)的一些數(shù)控系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)多邊形車削。但無論是哪種系統(tǒng)，都需要正確設(shè)置和編程。因此，相關(guān)人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注數(shù)控系統(tǒng)的編程，以確保加工出的零件符合要求。