某重卡发动机支架数控加工程序优化
时间：2023-02-21 09:45:07 来源：千叶帆 本文已影响人
魏 超，李晶晶，张 龙，刘 瑶，雷德力，张二超
某重卡发动机支架数控加工程序优化
魏 超，李晶晶，张 龙，刘 瑶，雷德力，张二超
（陕西华臻车辆部件有限公司，陕西 西安 710000）
近年来，随着我国汽车工业的快速发展，并逐渐成为机械制造行业中的支柱性产业，而数控技术在汽车行业起到了举足轻重的作用，尤其是体现在重卡领域关键零部件的机械加工中。对于形状/结构简单的产品来说，为方便、快捷，数控加工程序通常采用手工编程来完成。文章以某重卡发动机支架为例，针对钻四个底孔和铣3°面的加工内容进行了研究。通过对产品加工工艺进行分析，制定了两种加工工艺方案，依据工艺方案，通过FANUC 数控系统编程，对方案A和方案B两种手工编程方法进行了对比分析，经现场多次实践，并得出结论，方案B通过应用G68旋转指令，简化了编程难度，提升了编程效率，降低了编程出错率，为后续同类型产品提供了一个新思路、新方法。
FANUC数控系统；
G68旋转指令；
手工编程；
重卡发动机支架；
数控加工
近年来，随着我国汽车工业的快速发展，并逐渐成为机械制造行业中的支柱性产业，而数控技术在汽车行业起到了举足轻重的作用，尤其是体现在重卡领域关键零部件的机械加工中。考虑发动机的振动效果及使用性能，发动机悬置时需设计安装倾角，倾角一般为3°或2.5°，与之安装的发动机支架也需设计对应的安装角度，以保证发动机的可靠性和使用寿命。因发动机支架产品4个孔组和定位基准面有3°或2.5°的角度，由图纸无法直接获取4个孔组的相对位置坐标，导致工艺技术员在立式加工中心手工编程过程中存在一定的困难。
本文以某重型卡车发动机支架为研究对象，针对钻4个孔组、铣定位基准面加工工序进行了工艺性分析，制定了方案A和方案B两种工艺方案，并对A/B两种方案的优点和弊端进行了分析对比，方案B通过科学应用G68旋转指令，将加工坐标系旋转一定的角度，可直接进行钻孔加工，对方案A复杂的加工程序进行了优化设计，避开了方案A中的计算误差，方法直接，效率较高，效果明显，既提升了编程速度，同时又不降低加工精度。
图1为某重型卡车发动机支架二维图纸（俯视图），依据产品加工工艺方案知，本工序加工内容：钻4×φ18 mm孔，保证尺寸（100±0.2）mm、（100±0.2）mm，铣内侧定位基准面，保证角度3°、（58.5±0.2）mm。
根据产品的结构特点、定位装夹方式以及尺寸精度要求，经过对图纸本工序加工内容进行工艺分析，制定了A和B两种加工工艺方案，依据A和B两种工艺方案，结合本工序加工内容，有A和B两种切削编程方式，通过在立式加工中心上进行FANUC数控加工程序手动编制[1]，在实际生产过程中，方案A和B两种编程方式都得到了有效验证。因A和B两种工艺方案中的铣内侧定位基准面编程方法相同，本文不做对比分析，本文只探讨钻孔步序。
图1 发动机支架图纸（俯视图）
本文中方案A和方案B均以G81钻孔循环指令进行钻孔，具体指令格式如下：
G98 G81 X_ Y_Z_ R_ F_；
X_ Y_为孔的坐标值；
Z_ 为钻孔深度；
R_ 为安全高度；
F_ 为进给速度。
注：A/B两种方案定位、装夹方式以及刀具高度补偿均相同，统一采用φ18合金钻加工，图1为装夹产品俯视图，φ18孔深度为20 mm，不考虑刀尖尺寸及材质对切削参数的影响
1.1 方案A
通过对图1进行加工工艺分析[2]，4×φ18孔组和内侧定位基准面带有3°的夹角，因无法由图1直接获得4个孔组（,）坐标值，给手工编程带来一定的难度，因此，方案A采用较原始的编程方法，将孔组中心点分别按二维方法，计算出孔中心的坐标（,），再寻点加工孔[3]。
以本文案例进行具体说明，第一步，工艺技术员借助CAXA[4]等二维软件对图纸4个孔组位置尺寸（100±0.2, 100±0.2）进行转化，转化成以孔1中心为尺寸标注基准的相对位置尺寸，第二步，以孔1中心作为加工程序原点（0.,0.），由此建立G57加工坐标系（设水平向右为轴正向，竖直向上为轴正向），如图2所示，由此可以看出4个孔组中心的（,）坐标，即孔1中心坐标（0.,0.），孔2中心坐标（-5.23,-99.86），孔3中心坐标（-105.11,-94.63），孔4中心坐标（-99.86,5.23）。
注：为保证加工后的尺寸精度更加接近理论尺寸，本文将工艺转化尺寸按小数点后两位有效数字保留。
图2 发动机支架G57加工坐标系
已知加工坐标系G57和4个孔组的中心坐标，按照G81钻孔循环指令进行加工程序编制，具体加工程序如下：
O1234
G80G40G69
G91G30Z0.M05
N1G00G90G57X0.Y0.（建立G57坐标系）
G43Z100.H01M03S1200
G98G81Z-23.M03R3.F200（钻孔循环）
X-5.23Y-99.86（孔2）
X-105.11Y-94.63（孔3）
X-99.86Y5.23（孔4）
G80G40G69
G91G30Z0.M05
G28Y0.
M30
1.2 G68代码的应用
旋转格式：G68 X_ Y_ R_，其中和是旋转中心的坐标值，是旋转角度，逆时针旋转为正值，顺时针旋转为负值，69为旋转结束取消指令。
举例：G68 X10.Y10.R3.
表示以坐标（10.,10.）为旋转中心，逆时针旋转3°。
1.3 方案B
通过上述1.2对G68代码[5-7]的理解、掌握，结合本案例进行分析，可将G68旋转指令应用于本案例，具体思路如下：以孔1中心作为加工程序原点（0.,0.），建立G58加工坐标系（设水平向右为轴正向，竖直向上为轴正向），将G58加工坐标系绕孔1中心坐标（0.,0.）顺时针旋转3°，如图3所示，4×φ18 mm孔组尺寸（100±0.2, 100±0.2）分别和G58坐标系轴和轴平行，由此可直接看出4个孔组的中心坐标值，即孔1中心坐标（0.,0.），孔2中心坐标（0.,-100.），孔3中心坐标（-100.,-100.），孔4中心坐标（-100.,0.）。
图3 发动机支架G58加工坐标系
已知加工坐标系G58和4个孔组的中心坐标，按照G81钻孔循环指令进行加工程序编制，具体加工程序如下：
O4321
G80G40G69
G91G30Z0.M05
N1G00G90G58X0.Y0.（建立加工坐标系）
G43Z100.H01M03S1200
G68X0.Y0.R-3.（以坐标原点顺时针旋转3°）
G98G81Z-30.M03R3.F200（钻孔循环）
X0.Y-100.（孔2）
X-100.Y-100.（孔3）
X-100.Y0.（孔4）
G69（旋转指令取消）
G80G40
G91G30Z0.M05
G28Y0.
M30
通过对方案A和方案B两种编程方法进行分析对比，可以发现，方案A有以下弊端：（1）在手工编程前先要借助CAXA等二维软件进行工艺尺寸转化，转化过程中容易出错；
（2）将转化尺寸手动输入到机床过程中容易将转化尺寸输入错误，而且程序输入错误也不容易被发现，继而导致加工质量问题发生。
方案B弥补了方案A的不足，具有以下几个优点：
（1）通过科学应用G68指令，省去了工艺技术员借助CAXA等二维软件来创建工艺转化尺寸的环节。
（2）通过应用G68指令，提升了工艺技术员的编程效率。
（3）通过应用G68指令，规避了方案A中的计算误差。
（4）通过应用G68指令，提升了产品的加工质量。
本文以某重卡发动机支架为例，论述了两种编程方式，方案A是一种比较原始的编程方法，对于编程初学者来说，更容易理解和掌握，随着时间和经验的积累，经过一定阶段的学习和提升后，很容易学会方案B的编程技巧。方案B的编程技巧特别适合4个孔组和定位基准面带有角度的产品（如发动机/变速器类支架），能大大提升编程效率。实践证明，该编程技巧具有一定的实用价值，可以向其他产品推广、应用。
[1] 伏芬琪.例谈如何巧学数控手工编程[J].数码世界, 2019(4):262.
[2] 姜东全,郝双双.数控编程与加工工艺的关系[J].现代制造技术与装备,2020(3):165,167.
[3] 姜东全,郝双双.浅析数控编程的流程及原则[J].南方农机,2019,50(15):141,150.
[4] 周潇潇,李炫,许振,等.数控编程的方式方法[J].林业机械与木工设备,2021,49(1):46-48,52.
[5] 王宇雷.数控机床编程技术及对刀操作中的相关问题探索[J].科技资讯,2020,18(3):55,57.
[6] 刘欲峰.浅析学习数控编程与操作技术的几个关键点[J].机械工程与自动化,2022(3):222-223,226.
[7] 马辉.CAXA软件在机械数控加工技术中的应用[J].现代制造技术与装备,2017(5):122,178.
Optimization of Numerical Control Machining Program for a Heavy Truck Engine Support
WEI Chao, LI Jingjing, ZHANG Long, LIU Yao, LEI Deli, ZHANG Erchao
( Shaanxi Huazhen Vehicle Parts Company Limited, Xi"an 710000, China )
In recent years, with the rapid development of China"s automobile industry, which gradually becomes the mainstay industry in machinery manufacturing industry, the numerical control technology in the automotive industry plays a pivotal role, especially in the machining of key parts in the field of heavy trucks. For products with simple shape/structure, for convenience and speed, the numerical control machining programs are usually completed by manual programming. Taking the engine support of a heavy truck as an example, this paper studied the machining content of drilling four bottom holes and milling 3° surface. Through an analysis of product processing technology, two processing technology schemes were formulated. According to the process scheme, the two manual programming methods of scheme A and scheme B were compared and analyzed by FANUC numerical control system programming. After the field practice for many times, we concluded that by applying G68 rotating instructions, scheme B can simplify the programming difficulty, improve programming efficiency, reduce the error rate of programming and provide a new idea and method for the subsequent products of the same type.
FANUC numerical control system; G68 rotating instructions; Manual programming;Heavy truck engine support;Numerical control machining
U464
B
1671-7988(2022)23-192-04
U464
B
1671-7988(2022)23-192-04
10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.023.035
魏超（1990—），男，助理工程师，研究方向为汽车零部件机加工艺设计与开发，E-mail:18202993327@163.com。
猜你喜欢 坐标系指令编程 独立坐标系椭球变换与坐标换算导航定位学报(2022年2期)2022-04-11编程，是一种态度少先队活动(2021年2期)2021-03-29元征X-431实测：奔驰发动机编程汽车维修与保养(2021年8期)2021-02-16基于 Verilog HDL 的多周期 CPU 设计与实现数码世界(2020年12期)2021-01-20编程小能手学生天地(2020年17期)2020-08-25《单一形状固定循环指令G90车外圆仿真》教案设计学校教育研究(2020年11期)2020-06-08纺织机上诞生的编程数学大王·低年级(2020年3期)2020-03-12坐标系背后的故事数学大世界(2018年1期)2018-04-12三角函数的坐标系模型考试周刊(2018年15期)2018-01-21求坐标系内三角形的面积中学生数理化·七年级数学人教版(2017年4期)2017-07-08 相关热词搜索：支架，数控，发动机，
