在线测量及R参数编程在动车组侧墙加工中的应用

■南车青岛四方机车车辆股份有限公司 （山东 266111）

王 海 高思军

数控编程有常规手工编程、CAM软件自动编程两种方式。在零件结构形状确定的情况下，CAM自动编程能方便地解决复杂平面及空间曲面的编程，充分发挥数控机床的优势和效益，已成为主要的编程手段。但目前的CAM软件自动编程也存在缺点，如曲面加工时生成的NC程序庞大，对结构形状未确定零件的编程无能为力。手工编程一般为常量编程，适用于几何形状简单件。在SINUMERIK 840D系统中，通过在程序中使用R参数调用Renishaw测量探头的在线检测返回值，可以完成形状未完全确定零件的加工程序。

R参数编程不如常规手工编程直接、易读，需要了解编程人员的思路才能较好地理解，应用较少，但是在某些特定的场合可以取得良好的效果。

1. 侧墙加工工艺

高速动车组车体侧墙是车体关键大部件之一，由侧墙板装配焊接后再进行整体数控加工而成，是列车车体的主要迎风受力承载结构，制造精度要求较高，其加工制造质量在很大程度上决定了车体的外观、气密性、强度、疲劳寿命及空气动力学特性等运行性能。我公司在侧墙的焊接制造过程中预制一定的挠度，窗口的中心线是一条与预制挠度平行的弧线，而且焊后变形大，使得侧墙的整体数控加工困难且加工质量难以保证。

2. 工装介绍

我公司目前侧墙的加工设备为德国FOOKE三工位双龙门加工中心。工装为分体式液压自动化工装，由21条横梁单元组成，通过PLC控制系统和液压站自动控制横梁各部分的自动移动和夹紧动作，无需人工参与，工作效率高。每条横梁又由三个部分组成，两端的定位夹紧部分，中部的支撑夹紧，三部分均通过移动导轨安装在横梁基座上。根据侧墙类型的不同，选择不同的横梁单元，调整横梁单元两端的定位夹紧装置的位置，进行定位、装夹。

3. 在线测量

在加工前要进行测量。不仅仅是通过测量确定数控程序的坐标原点，更是要通过测量确定侧墙在焊接过程中预制的挠度及焊接变形量。侧墙安装后，首先用Renishaw测量探头手动测量工件基准坐标系原点的X值及工件实际总长，计算侧墙焊接收缩量，合理分配处置。

为保证窗口加工与侧墙挠度曲线相平行，在窗口加工范围内需要多点测量，测量点越多平行度越好。手动测量费时费力，因而开发了CYCLE730循环命令进行自动测量。通过执行测量程序，将各理论测量点的实际X、Y、Z值存入系统变量MP[*，*]中，在预先编制侧墙加工程序时，将需要点的X、Y、Z值写为相应的MP[*，*]值，在执行程序时系统将自动引用此点的实际坐标值，从而在正确的位置加工出正确的形状。测量程序的应用实例如下：

T14

m6

D1

TRAORI(1)

G54

…

R10=1 ；（测量点序号）

Setval[0]=SET(-60-60,0) ；（测量点的理论位置）

TcD[0]=SET(0,1,0) ；（测量轴，进给有效轴）

StO=15 ；（测量起点）

DeO=15 ；（测量距离）

Rtp=50 ；（回退距离）

CYCLE730(Setval,TcD,StO,DeO,Rtp) ；（测量循环）

MP[R10,0]=R1 MP[R10,1]=R2 MP[R10,2]=R3 ；

…

TRAFOFF

M30

4. 窗口加工工艺分析

侧墙由通长铝合金型材焊接而成，加工工序分为粗加工和精加工两步。粗加工完成窗口内圈、窗口内圈粗加工及四个圆角处的铝型材切除；精加工完成窗口外圈及顶部三处缺口的加工。

窗口加工过程中，沿X方向走刀时与铝型材的挤压方向相同，为连续切削，刀具受冲击小；沿Y向走刀时与铝型材的挤压方向垂直，为断续切削，刀具受冲击频繁。结合生产实际，按照适用、经济、安全的原则，对侧墙窗口的粗加工选用双刃φ32mm含钴高速钢铣刀，精加工选用单刃φ20R5含钴高速钢铣刀。

加工路径采用顺铣轮廓铣。铝合金材料为典型的塑性材料，硬度低、粘性大，切削容易，但切削过程中极易粘刀。顺铣时切削力大于逆铣，刀具与工件之间的摩擦小，切削较平滑，不易引起振动，在横向切断铝合金型材内部斜筋时，不易发生撕裂现象，加工表面粗糙度值较高。

为保证窗口与侧墙的整体挠度吻合，窗口加工程序中所有的Y向坐标值均采用测量得到的MP[*,*]值。为保证窗口加工与侧墙挠度符合度高，在窗宽方向分别设置3个测量点（见附图），测量后对应的测量值分别为MP[A，1]、MP[B，1]和MP[C，1]。侧墙焊接后轮廓度与图样存在一定的误差，侧墙通长存在起伏变形以及装夹误差等因素的影响，各窗口加工时Z值为在一定范围内变化的值。为保证窗口深度加工精度，在窗角分别测量4个点D、E、F、G，对应的测量值分别为MP[D，2]，MP[E，2]、MP[F，2]和MP[G，2]。

窗口Y向测量值分布图

5. R参数编程

西门子SINUMERIK 840D系统参数编程功能，提供了250个参数变量R00～R249，其中R100～R249用作加工循环的转移参数，R0～R99系统未赋值可由用户参数编程。根据车型的不同，侧墙上窗口的数量、位置不同，各窗口结构相同仅窗宽不同，有600mm、800mm和1 600mm三种长度。每一个窗口的7个测量点是连续且循环出现的，可以通过一个R参数调用7个测量值。通过R参数的设置和赋值，将窗口加工程序固化为一个子程序，从而简

化整片侧墙的编程工作。具体应用程序如下：

R51=1600 ；（窗口宽度）

R52=650 ；（窗口高度）

R53=1 ；（窗口第1个测量点，Y轴测量值）

R54=R53+1 ；（窗口第2个测量点，Y轴测量值）

R55=R53+2 ；（窗口第3个测量点，Y轴测量值）

R56=R53+3 ；（窗口第4个测量点，Z轴测量值）

R57=R53+4 ；（窗口第5个测量点，Z轴测量值）

R58=R53+5 ；（窗口第6个测量点，Z轴测量值）

R59=R53+6 ；（窗口第7个测量点，Z轴测量值）

R60=0 ；（测量长度伸缩量，实际测量后由操作者输入）

…

G54 G0 Y=（R52/2-5） ；（调用工件坐标系）

A0 C0

S7000 M03 M13

TRANS X=(3265+5-30-44+R60) ；（坐标系偏移）

…

G1 Z=(MP[R59,2]-50+7.5) F600

X=0 F1500

Y=(MP[R53,1]+2.5)

X=R51/2 Y=(MP[R54,1]+2.5)

X=R51 Y=(MP[R55,1]+2.5) Z=(MP[R56,2]-50+7.5) Y=(MP[R55,1]+R52) Z=(MP[R57,2]-50+7.5)

X=R51/2 Y=(MP[R54,1]+R52)

X=0 Y=(MP[R55,1]+R52) Z=(MP[R58,2]-50+7.5)

…

G0 Z500

M05

M09

TRANS

M17

以上为参数化的窗口加工子程序。完成一个窗口的加工后，将R53更改为对应窗口的起始测量点的序号，然后通过TRANS命令偏移坐标系原点，即可加工同一片侧墙上的其他尺寸相同的窗口。如窗口尺寸不同，则更改R51、R52参数值。固化窗口测量点的数量、位置和测量顺序，可以在测量值参数MP[*，*]中嵌套使用R参数，将窗口加工统一为子程序，可以减少程序编制数量，降低程序编制出错率，缩短加工程序调试时间。

6. 结语

侧墙自身挠度及焊接变形导致侧墙整体加工前的形状、尺寸不确定，对加工带来很大的困难，无法利用软件进行自动编程，只能手工编程，编程工作量大。通过在线测量，可以在加工前得到侧墙的准确形状、尺寸数据，在编程时留好数据接口，调用相应的测量数据，即可沿侧墙的实际挠度加工各窗口。

利用R参数调用测量返回值的编程方法具有以下特点：①有利于实现窗口加工程序模块化，大大降低了手工编程的工作量及编程复杂度。②程序简单，通用性好，适应性强，可靠性高。③操作者可根据零件加工安排随时修改参数变量，保证生产的连续运行。

[1] 张宁健.数控探头测量功能在数控加工中的应用[J]. 制造技术与机床，2011（8）：139-140

[2] 徐文静. 变量编程在数控中的应用[J]. 煤炭技术，2011（10）：34-36