数控外圆磨床的编程实例（基于力士乐系统的偏心轴外圆磨床程序设计）

1. 机床及数控系统介绍

偏心轴外圆磨床为卧式结构布局，类似于砂轮架运动的高精度外圆磨床。主运动有砂轮架走刀Z轴、砂轮架进给X轴、头架回转C轴以及砂轮主轴S回转等。其磨削过程采用砂轮架进给X轴跟随头架回转C轴的随动磨削法来完成。

数控系统选用力士乐MTX-L65数字伺服控制系统，比普通模拟量伺服系统精度更高、运算速度更快、抗干扰能力更强。机床操作系统（PC）可以实时与数控系统（NC）通信，PC机选用大容量硬盘，方便用户信息存储。系统软件IndraWorks是MTX数控系统软件总成，主要由IndraWorks Engineering软件、IndraLogic软件、WinStudio软件和Operation软件组成。

2. 加工程序的设计

偏心轴磨床加工程序的主要模块及过程如图1所示。

数控外圆磨床的编程实例（基于力士乐系统的偏心轴外圆磨床程序设计）(1)

图1 加工程序模块图

偏心轴磨床的加工程序流程图如图2所示。

数控外圆磨床的编程实例（基于力士乐系统的偏心轴外圆磨床程序设计）(2)

图2 加工程序流程图

3. 耦合关系的建立及实现

轴耦合的实现是整个磨削程序最为关键的部分，因为X轴和C轴的联动直接影响着偏心轴的加工精度。本文采用系统轴耦合实现X轴和C轴的联动。

（1）耦合关系的建立。图3所示为偏心轴磨削示意图，e为偏心量，R为工件半径和砂轮半径之和，f为C轴相对于起始耦合位置的转角，建立如下耦合关系

数控外圆磨床的编程实例（基于力士乐系统的偏心轴外圆磨床程序设计）(3)

图3 耦合模型示意图

（2）采用表耦合。耦合表用于坐标耦合及轴耦合，耦合表中包含两个位置之间的耦合关系。耦合功能在表中通过成对的插补点（pmi，fi）（i=1,…,n）来定义。使用表耦合可显示出主动轴和从动轴之间的非线性耦合关系，为主动轴C轴(Master[m])指定一个单独的耦合表（.fct），将此表写入“SysAxCoupleCmd[X%].Master[m].Tab”。

耦合表具有以下结构：

#1 <Type of interpolation of the interpolation points>；1线性；3三次样条

#11 <Unit pmi values>；-3mm；-2cm；-1dm；0m；1英寸；2度；3RAD

#12 <Unit of the fi values>；-3mm；-2cm；-1dm；0m；1英寸；2度；3rad

#20<Periodic>；0非周期性；1周期性

#32<Leading axis velocity limitation>；1完全限制；0不完全限制

#100<pm1><f1>；插补点对1

#100<pm1><f1>；插补点对2

…

#100<pmn><fn>；插补点对n

下面是实际工程中建立的部分耦合表（C轴耦合分度为0.5°，由于是从高点开始对刀耦合的，所以转到180°时X轴进给量为偏心量的2倍）：

#1 3

#11 2

#12 -3

#20 1

#100 0.0000 0.0000

#100 0.5000 -0.0001

#100 1.0000 -0.0003

…

#100 180.0000 -4.4000

…

#100 359.0000 -0.0003

#100 359.5000 -0.0001

#100 360.0000 0.0000

由于砂轮半径是实时变化的，所以根据耦合公式计算得到的X轴进给量也是实时变化的，这就需要实时更新耦合表，这个在实际操作中很难保证。根据数据分析，实际中将砂轮半径按10mm分为一档，同一档内采用共同的耦合表进行耦合。考虑到表耦合的一些缺陷，最后又进行了公式耦合的试验。

（3）采用公式耦合。使用数学公式描述的运动和几何补偿可直接指定系统轴耦合的公式，将公式写入系统数据“SD.SysAxCoupleCmd[axis].Formula”，公式的结果为从动轴参考值。使用系统数据“SD.SysAxCoupleCmd[axis].Formula”定义单个参考值，单个参考值包含主动轴位置的缩放、移动和偏移等。下面为程序中建立的公式，其中，“AC”为从动轴的插补值（轴坐标）；“L1”为主动轴C轴的参考值：

R1$=STR$(“##.##”,@_R!(1))；（@_R!(1)为偏心量）RAD$=STR$(“###.####”@RAD!)；（@RAD!为砂轮半径与偏心外圆半径之和）

FORMULA$=”AC ” R1$ ”*COS(L1) ” RAD$ ”

*SQRT(1-SQR(“ R1$ ” *SIN(L1)/”

RAD$ ”))-” RAD$ ”-” R1$

SD.SysAxCoupleCmd[X%].Formula=FORMULA$

（4）耦合程序流程如图4所示。

数控外圆磨床的编程实例（基于力士乐系统的偏心轴外圆磨床程序设计）(4)