CN109940207B - 宏程序偏心铣削曲轴连杆颈的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数控铣削加工技术，具体是一种用宏程序偏心铣削曲轴连杆颈的方法，包括以下步骤：首先根据刀盘、毛坯、连杆颈和机床的尺寸参数，计算出连杆颈的铣削参数，确定连杆颈铣削加工的坐标点；然后将上述尺寸参数、铣削参数和坐标点写入铣削宏程序中，执行偏心铣削加工连杆颈。使用铣削加工代替车工，解决了曲轴连杆颈的高速加工的困境，极大提高了加工曲轴连杆颈精度和加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及数控铣削加工技术，具体是一种用宏程序偏心铣削曲轴连杆颈的方法。
背景技术
近些年，通过走访和调研客户，了解了煤矿、石油液压泵组和大型压缩机等行业的核心部件——曲轴，它的加工由于加工手段落后，普遍设备陈旧，生产效率极其低下，已经严重的制约了该行业的发展。国家近几年出台的关停小煤矿、环保等一系列的政策法规激励着矿山、石油开采等行业，运用新技术、新设备来提高产能，因此也带动了高压油泵行业的勃勃生机。据了解，高压油泵行业的瓶颈是曲轴的生产缺乏高效粗加工设备和一系列的设备选用问题。高压油泵曲轴由于品种多，数量少，形成不了大批量加工效应，不同于内燃机锻打或铸造的曲轴，加工余量少，加工设备专用化。高压油泵曲轴为了提高曲轴的机械性能选材一般为38CrMoAl和40CrNiMoA，材料韧性高，车削易黏刀，曲轴毛坯由整根圆钢开始加工，曲拐为偏心断续车削，不适合重车削，刀具磨损严重，一个成熟的工人一天加工不出一根毛刀车削的曲轴。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用宏程序偏心铣削曲轴连杆颈的方法，利用圆棒料毛坯进行多次偏心铣削，最终完成曲轴连杆颈加工，极大提高了曲轴连杆颈加工精度和效率。
一种用宏程序偏心铣削曲轴连杆颈的方法，包括以下步骤：
S1)根据刀盘、毛坯、连杆颈和机床的尺寸参数，计算出连杆颈的铣削参数，确定连杆颈铣削加工的坐标点；
S2)将上述尺寸参数、铣削参数和坐标点写入铣削宏程序中，执行偏心铣削加工连杆颈。
所述尺寸参数包括连杆颈的偏心距、连杆颈的成型半径、连杆颈的挡宽和毛坯的直径，所述加工参数包括毛坯相对于刀盘铣削最高点的角度值、刀盘铣削的最大外圆直径、刀盘的铣削宽度和每次铣削时刀盘的进给量。
上述步骤S2)中，所述铣削宏程序的执行步骤包括：
S2.1)计算出所需的铣削角度，按照设定的刀盘的进给量铣削，在该铣削角度内完成该次进给后后执行下一步；
S2.2)判断毛坯的铣削余量与刀盘进给量的大小，若所述铣削余量大于所述刀盘进给量，则返回步骤S2.1继续铣削；若所述铣削余量不大于所述刀盘进给量则执行下一步；
S2.3)按照铣削余量作为进给量进行整周铣削，完成后得到成型的连杆颈；
S2.4)若刀盘的铣削宽度小于连杆颈的挡宽，则刀盘主轴移动一定距离后，循环执行步骤S2.1至S2.4，直到铣削完连杆颈的挡宽宽度。
在该加工方法中，设定刀盘主轴为Z轴，铣削时Z轴转速为40~52r/min，刀盘每次铣削的单边进给量为10~14mm。
上述步骤S2.1，在前10°的铣削角度内进给量为30~35，在后10°的铣削角度内进给量为60~80，在中间的铣削角度内进给量为38~45。
在该加工方法中，所述刀盘的铣削宽度不大于52mm。
本发明的有益效果为：使用铣削加工代替车工，解决了曲轴连杆颈的高速加工的困境，极大提高了加工曲轴连杆颈精度和加工效率。
附图说明
图1为本发明实施例的偏心铣削示意图。
图中：1为刀盘、2为毛坯、3为连杆颈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步解释说明。
机床有X轴、Z轴和旋转C轴，对应的增量坐标编程时为U、W、V。本实施例中刀盘1通过机床X轴对圆棒料毛坯2每次实现单边12mm的进给铣削，进给量可根据变量#109调整。前主轴具有C轴功能，圆棒料毛坯2通过C轴实现角度的旋转，在程序中每次铣削的角度，由圆棒料毛坯2的直径即变量#103、曲轴偏心距即变量#102和X轴每次进给的铣削量即变量#115通过公式自动算出。具体数控加工程序如下：
G54 ;(第一坐标系）
G98 ;（每分钟进给）
G40 ;（取消刀具补偿）
T0101 ;（调用一号刀）
#101=1 ;（这个参数为了判断一个连杆颈3是否需要Z轴偏移铣削两次，本实施例中连杆颈3档宽70mm、刀盘1宽度为50mm，就需要铣削两次，后续执行时有判断程序）
#105=0 ;（Z轴的偏移量）
#118=25 ;（需要铣削第二次时Z轴的偏移量）
#503= -587.5 ;（Z轴的定位铣削点）
N106 #102= 70 ;（偏心距）
#103= 295 ;（毛坯2最大外圆直径）
#115= 85 ;（连杆颈3成型半径）
#106= 175.158 ;（C轴最高点度数）
#104=2*#102+#103 ;（刀盘1铣削的最大外圆直径）
#107=5 ;（X轴退距，安全点）
#108=#104/2.000 ;（刀盘1铣削的最大外圆半径）
#109= 12 ;（刀盘1每次铣削的单边进给量）
G00 X[#104+30] Z[#503+#105] ;（机床粗定位）
G28 C0 ;（C轴回零）
M03 S40 ;（刀盘1主轴转数40转）
G00 C#106 ;（C轴定位到最高点）
G00 X[#104+#107] ;（X轴进到安全距离，准备开始铣削）
M08 ;（开冷却）
N100 #108=#108-#109 ;（刀盘1铣削的最大外圆半径减去每次铣削的单边进给量）
#110=#102*#102+#108*#108-[#103/2.000]*[#103/2.000] ;（变量#121的分子）
#111=2.000*[#102]*[#108] ;（变量#121的分母）
#121=#110/#111 ;（相除）
IF[FABS[#121]GT1]GOTO3 ;（判断#121的值是否大于1，如大于1说明三角函数已无法计算铣削角度，需程序跳转到N3处，也就是说此时C轴最高点能够铣削掉进给量的值。如果小于1则说明连杆颈3的最高点不需要铣削，向下执行一定角度内非圆周铣削）
#112=ACOS[#121] ;（得出铣削的角度）
#113=6 ;（让刀角度）
#114=#112+#113 ;（铣削的实际角度）
G00 V-#114 ;（C轴反向转位#114度）
G01 U- [2*#109+#107] F30. ;（X轴带动刀盘1铣入量，X轴为直径编程）
G01 V10 F35. ;（待X轴进给到量后，C轴开始铣削，前10度的进给量为35）
G01 V[[2*#114]-20] F40. ;（中间角度的铣削量为40）
G01 V10 F80. ;（后10度的进给量为80）
G01 U#107 F800. ;（铣削完成后，X轴退刀安全距离）
G00 V-#114 ;（C轴回到最高点）
#116=#108-#115 ;（计算连杆颈3的余量）
IF[#116GT#109]GOTO100 ;（判断连杆颈3余量与每次进给量的大小，如果连杆颈3余量大，程序跳转到N100处，继续铣削；如果不足一次进给铣削量，程序向下进行）
G00 V180. ;（C轴旋转180度）
G01 X[2*#115] F15. ;（X轴带动刀盘进给到连杆颈3成型的尺寸）
G01 V12. F30. ;
V308.5 F40 ;
V40.5 F60 ;（刀盘铣削一圈360多度，连杆颈3成型）
G00 X[#104+145.] ;（X轴退出）
G00 C57.515 ;（C轴转位到利于装卸工件的位置）
#105= #118 ;（将#118的Z轴偏移值送给变量#105）
#101=#101+1 ;（#101的值加1，等于2）
IF[#118EQ0]GOTO10 ;（判断如果#118的值为0，说明不需要偏移铣削第二次，程序跳到N10处）
IF[#101EQ2]GOTO106 ;（如果#101为2，跳到程序N106处，进行铣削第二次）
N10 M05 ;（主轴停）
M09 ;（冷却关）
M30 ;（程序结束）
N3 IF[#116GT[2*#109]]GOTO4 ;（如果连杆颈3的余量大于进给量，程序跳转到N4处，如果小于，程序向下进行）
G00 V180 ;（C轴旋转180度）
G01 U -[#116+#107] F15. ;（X轴带动刀盘1下降#116的余量）
G01 V10. F30. ;
V312.5 F45 ;
V40.6 F60 ;（刀盘1铣削一圈，最好大于一圈）
G01 X[2*#115] F15. ;（进到连杆颈3成型的尺寸量）
G01 V12. F30. ;
V310.6 F40 ;
V41.3 F60 ;（刀盘铣削一圈360多度，连杆颈3成型）
G00 X[#104+145.] ;（X轴退出）
G00 C57.515 ;（C轴转位到利于装卸工件的位置）
#105= #118 ;（将#118的Z轴偏移值送给变量#105）
#101=#101+1 ;（#101的值加1，等于2）
IF[#118EQ0]GOTO11 ;（判断如果#118的值为0，说明不需要偏移铣削第二次，程序跳到N11处）
IF[#101EQ2]GOTO106 ;（如果#101为2，跳到程序N106处，进行铣削第二次）
N11 M05 ;（主轴停）
M09 ;（冷却关）
M30 ;（程序结束）
N4 G00 V180 ;（C轴旋转180度）
G01 U -[[2*#109]+#107] F15. ;（X轴带动刀盘1直径进给下降#109的2倍）
G01 V10. F30. ;
U312.2 F40 ;
V41.6 F50 ;（刀盘1铣削一圈）
G01 U#107 F800. ;（退刀安全点）
#116=#116-[2*#109] ;（余量减去进给量的2倍）
IF[#116GT[2*#109]]GOTO4 ;（如果余量大于进给量#109的2倍，程序跳转到N4处，如果小于，程序向下进行）
G01 X[2*#115] F15. ;（进到连杆颈3成型的尺寸量）
G01 V10. F30. ;
U300.6 F45 ;
V50.8 F60 ;（刀盘1铣削一圈）
G00 X[#104+145.] ;（X轴退出）
G00 C57.515 ;（C轴转位到利于装卸工件的位置）
#105= #118 ;（将#118的Z轴偏移值送给变量#105）
#101=#101+1 ;（#101的值加1）
IF[#118EQ0]GOTO12 ;（判断如果#118的值为0，说明不需要偏移铣削第二次，程序跳到N12处即停止铣削；如果不为0，说明需要Z轴偏移进行第二次铣削，刀盘1铣削一次不够一个档宽）
IF[#101EQ2]GOTO106 ;（如果#101为2，跳到程序N106处，进行铣削第二次）
N12 M05 ;（主轴停）
M09 ;（冷却关）
M30 ;（程序结束）
该铣削方法能够根据不同的毛坯2、连杆颈3，自动计算出铣削的角度，适合加工各种规格的曲轴，通用性非常好，并且节省了时间、降低了工作节拍，提高了加工效率。使用的宏程序可作为曲轴连杆颈铣削的标准化程序，当曲轴种类变化时，只需在本程序内输入毛坯的外径，曲轴的偏心距，曲轴最终成型后的直径，由数控系统自动计算，自动完成数据调整之后，程序便可使用，无须人工进行复杂计算或者重新编制加工程序，提高曲轴生产效率，减少操作人员劳动强度，降低操作人员的技能水平，扩大设备的加工零件的适应范围，提高设备可靠性。
Claims (4)
1.一种用宏程序偏心铣削曲轴连杆颈的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1)根据刀盘（1）、毛坯（2）、连杆颈（3）和机床的尺寸参数，计算出连杆颈（3）的铣削参数，确定连杆颈（3）铣削加工的坐标点；
所述尺寸参数包括连杆颈（3）的偏心距、连杆颈（3）的成型半径、连杆颈（3）的挡宽和毛坯（2）的直径，所述铣削参数包括毛坯（2）位于相对刀盘（1）铣削最高点处的角度值、刀盘（1）铣削的最大外圆直径、刀盘（1）的铣削宽度和每次铣削时刀盘（1）的进给量；
S2)将上述尺寸参数、铣削参数和坐标点写入铣削宏程序中，执行偏心铣削加工连杆颈（3）；
上述步骤中，所述铣削宏程序的执行步骤包括：
S2.1)计算出在铣削最高点时毛坯（2）所需的铣削角度，按照设定的刀盘（1）的进给量在该铣削角度内开始铣削，在该铣削角度内完成该次进给铣削后执行下一步；
S2.2)判断毛坯（2）的铣削余量与刀盘（1）进给量的大小，若所述铣削余量大于所述刀盘（1）进给量，则返回步骤S2.1继续铣削；若所述铣削余量不大于所述刀盘（1）进给量则执行下一步；
S2.3)按照铣削余量作为进给量进行整周铣削，完成后得到成型的连杆颈（3）；
S2.4)若刀盘（1）的铣削宽度小于连杆颈（3）的挡宽，则刀盘（1）主轴移动一定距离后，循环执行步骤S2.1至S2.4，直到铣削完连杆颈（3）的挡宽宽度。
2.根据权利要求1所述用宏程序偏心铣削曲轴连杆颈的方法，其特征在于：设定刀盘（1）主轴为Z轴，铣削时Z轴转速为40~52r/min，刀盘（1）每次铣削的单边进给量为10~14mm。
3.根据权利要求1所述用宏程序偏心铣削曲轴连杆颈的方法，其特征在于：上述步骤S2.1，毛坯（2）转动的进给量在前10°的铣削角度内进给量为30~35°/s，在后10°的铣削角度内进给量为60~80°/s，在中间的铣削角度内进给量为38~45°/s。
4.根据权利要求1所述用宏程序偏心铣削曲轴连杆颈的方法，其特征在于：所述刀盘（1）的铣削宽度不大于52mm。
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