大型工件在数控镗铣中心上自动找正中心方法探讨

王芳，刁志强，田云，刘亚玲，张玉金，孙敏

（沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司，辽宁 沈阳 110869）

数控镗铣中心SPEEDRAM2000设备是意大利PAMA公司生产的大型高精度加工设备，其主柱纵向行程X轴为5000mm，主轴箱垂直行程Y轴为3000mm，方滑枕轴向行程Z轴为1200mm，镗轴轴向行程W轴为1000mm，工作台尺寸为2000mmX2000mm，承重为40000kg，此设备适合大型工件的镗削及铣削加工。在核主泵泵体的加工制造中，如图1所示，加工外φD（大于2000mm），工件重量22000kg。

大型工件在圆周部位有各种加工部位，如孔、台、槽等，在通常情况下，加工泵体外圆及圆周上孔的时候，操作者都将工件放在工作台的回转中心，确定好位置进行加工。在生产中，由于工件体积大，重量大，将工件中心与工作台中心重合的操作过程，是十分困难的工作，工人需反复打表找正，通过卡爪将工件中心调整至工作台的中心，使之完全重合，对操作者的精力和体力都是一个考验，操作一次工件常用花费约一天时间。因此对这一难题进行研究，以找出如何在数控镗铣加工中心上工件与工作台回转中心不一致时，进行加工工件圆周尺寸的方法，以减轻工人的劳动强度，节省工时，提高加工效率。

图1 加工工件示意图

1 背景技术

在加工工件（如核主泵泵体和大型泵体、泵盖等）时常遇到加工圆周外圆（如图1）、圆周孔的情况，在加工此类工件时，常把工件放置在加工工作台的回转中心进行装夹、找正。基于此情况，第一，对于大型工件，如上所述，节约工时并节省体力；第二，若工件未放置在工作台的中心并装夹，在工件较大时，加工出的外圆不是要求的圆形，在围绕工件中心进行钻圆周孔时，会出现机床行程超程，这时则需要旋转工作台，旋转工作台后，工件中心则会出现误差，就需二次找正，这样会影响加工效率和加工精度，提高操作难度。

2 基本原理

针对上述问题，根据设备本身特点，结合本数控操作系统，从2013年开始进行研究，经过反复试验，并进行完善，验证了此程序切实可行。其程序基本原理如下：如图2为工作台和工件的初始状态，工作台回转中心与工件中心处于不同心的，通过打表确定工件圆心坐标（X、Z），与坐标形成α，由于转动工作台如图3，（X′、Z′）是新产生的工件圆心坐标，依此转动角度，会形成不同的工件圆心坐标。其中心距OO′是一定的，结合转动角度α+β按三角函数公式，可计算出工件新位置的中心，即通过已知的XOZ坐标系和工件的初始坐标，通过三角函数计算出工作台旋转后工件新的坐标。此程序采用SIEMENS语言系统，自动进行计算，得出工件新中心的位置，然后进行加工。公式为：

X=OO′sinα；Z=OO′cosα

图示说明：

O′=工件原始位置中心坐标（X，Z）；

O″=工作台旋转后工件中心坐标（X′，Z′）；

DD1=X轴工件零点偏值（X）；

DD2=Z轴工件零点偏值（Z）；

DD6=工件中心与工作台工心的正负位置关系；

图2 工件在α位置示意图

图3 工件在转动β角度位置示意图

DD5=工作台旋置角度（β）；

DD7=工作台旋转后工件中心与坐标原点中心（α+β）；

DD8=工件旋转后Z方向偏移值（Z′）；

DD9=X轴方向新的偏移值（X′）。

坐标原点即D点。

3 数控具体实施方式

图4所示为一种定位数控镗铣加工中心的工件中心的方法流程图，包括：步骤101，获取工件中心在X轴工件零点偏移值、Z轴工件零点偏移值步骤102，计算工件中心与坐标的第一角度值；步骤103，获取与附件类型对应的直角头长度；由于镗铣设备拥有多种附件，如各种类型的直角头，尺寸长短不一，所以对于不同的机床附件，直角头长度是不同的，实际应用中因为每个附件长度是固定的，因此不同的直角头长度赋与不同的长度值即可。步骤104，根据直角头长度、Z轴工件零点偏移值判断工件圆心在工作台回转中心的方向；步骤104—1，计算Z轴工件零点偏值减去直角头长度的数值为方向数值；例如方向数值DD6=Z轴工件零点偏值一直角头长度。步骤104—2，当所述方向数值的大于零时，判断出工件圆心在工作台回转中心的正方向；当所述方向数值的小于零时，判断出工件圆心在工作台回转中心的负方向。步骤105，根据工件圆心在工作台回转中心的正负方向，计算工件转过的角度值；步骤105—1，当工件圆心在工作台回转中心的正方向时，根据X轴工件零点偏移值DD5及方向数值，计算第二角度值；将所述第二角度值减去所述第一角度值，计算出工件转过的角度值；

通过以下公式得出工件转过的角度：

图4 数控流程图

步骤105—2，当工件圆心在工作台回转中心的负方向时，根据X轴工件零点偏移值及方向数值，计算第二角度值；将所述第二角度值加上所述第一角度值，计算出工件转过的角度值。

通过以下公式得出工件转过的角度：

步骤106，根据所述角度值，计算X轴增量偏移值和Z轴增量偏移值。

计算X轴增量偏移值等于工件转动后的X轴坐标减去X轴工件零点偏移值；

本步骤中可，通过三角函数公式：

计算Z轴增量偏移值等于工件转动后的Z轴坐标减去Z轴工件零点偏移值。以上提供了一种定位数控镗铣加工中心的工件中心的方法，通过获取工件中心在X轴工件零点偏移值、Z轴工件零点偏移值，计算工件中心与坐标的第一角度值；获取与附件类型对应的直角头长度，根据直角头长度、Z轴工件零点偏移值，判断工件圆心在工作台回转中心的正负方向；根据工件圆心在工作台回转中心的正负方向，计算工件转过的角度值；根据所述角度值，计算X轴增量偏移值和Z轴增量偏移值。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本方法可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。以上实例说明用于帮助理解本加工方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员，在具体实施过程中，在应用方式及应用范围上需进行灵活变通。

4 先进性和社会效益评价

此程序应用后，工件可直接放置在工作台任一位置，即便工件与工作台旋转中心不一致时，加工时只需找到工件中心，应用此方法可自动进行运算，找到旋转工作台后的工件中心，减轻操作者的劳动强度，减少了加工工件的找正时间，降低了操作难度，提高了加工效率。经过近5年的加工实践，其操作性方便，简易，安全。