数控车床铣削加工控制方法及装置与流程

本发明涉及数控加工领域，特别地，涉及一种数控车床铣削加工控制方法及装置。

背景技术：

随着数控机床的发展和精益生产理念的普及，工序集中化在机械切削加工中以其缩短加工周期等优点，越来越被机械制造行业所接受。车铣合并加工也在这种趋势中逐渐得以应用。但具备车、带Y轴铣功能的数控车削加工中心机床价格昂贵。对于正四边、正六边等简单型面的铣削，若采用立式加工中心调取铣刀按型面轨迹走刀加工，则会导致需要昂贵的加工设备，势必导致加工成本高；若采用传统的卧铣，则需要采用车床对工件进行车削加工后，转移至卧铣设备上，导致工件加工成型需要周转，且需要多次装夹，且一般工件周转等待的时间较长，且多次装夹容易导致形位公差。

现有一种价格廉价的机床，在普通数控车床上新增动力铣刀，以具备车铣复合功能。较之于带Y轴的车铣中心，刀塔和动力铣刀座只能整体在X，Z轴两个方向移动，Y轴方向无法移动，业内称之为带虚拟Y轴的数控车床。通过C轴和虚拟Y轴的CS轮廓铣削功能，以达到具备铣削功能的目的。但车铣功能的程序编制需要专业软件的支持，对于正六方、正四方简单型面的铣削会带来较大的成本投入，对编程员的要求也较高，后处理输出的NC代码很冗长，导致校对工作量大，对编程员和机床操作者的要求较高。

技术实现要素：

本发明提供了一种数控车床铣削加工控制方法及装置，以解决如何简化数控车床对简单线性型面铣削加工的编程要求的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种数控车床铣削加工控制方法，该数控车床为带虚拟Y轴的数控车床，其包括用于安装车刀以进行车削加工的刀塔、用于安装铣刀的铣刀座及用于夹持待加工工件的主轴，主轴的旋转角度可控，在进行铣削加工之前先经数控车床对待加工工件进行车削加工，本发明铣削加工控制方法包括：

根据铣削加工要求的型面形状建立相应直角坐标系，直角坐标系以工件上铣削加工的几何中心为原点，工件在铣削加工处的纵向剖面为直角坐标系所在平面；

调用极坐标插补指令控制主轴依次旋转预设角度及铣刀座驱动铣刀同步铣削加工。

进一步地，调用极坐标插补指令控制主轴依次旋转预设角度及铣刀座驱动铣刀同步铣削加工包括：

设定极坐标插补平面，极坐标插补平面的第一轴对应铣刀座位移的X轴，极坐标插补平面的第二轴对应主轴的旋转轴；

提取工件在直角坐标系所在平面上的各端点的坐标值；

将各端点的坐标值赋值给极坐标插补平面实现主轴的转动及铣刀座的移动控制。

进一步地，主轴依次取各端点的Y值实现相邻端面间的转动，且转动进给速度可调。

进一步地，主轴在单次转动过程中，铣刀在工件表面由距工件旋转中心的最远点逼近最近点、并由最近点到达工件表面，实现单边的铣削加工。

进一步地，本发明数控车床铣削加工控制方法还包括：

调用极坐标插补指令经铣刀座控制铣刀的进刀点、退刀点。

进一步地，铣削加工的型面为正多边形。

根据本发明的另一方面，还提供一种数控车床铣削加工控制装置，该数控车床为带虚拟Y轴的数控车床，其包括用于安装车刀以进行车削加工的刀塔、用于安装铣刀的铣刀座及用于夹持待加工工件的主轴，主轴的旋转角度可控，在进行铣削加工之前先经数控车床对待加工工件进行车削加工，本发明铣削加工控制装置包括：

第一坐标系模块，用于根据铣削加工要求的截面形状建立相应直角坐标系，直角坐标系以工件上铣削加工的几何中心为原点，工件在铣削加工处的纵向剖面为直角坐标系所在平面；

加工控制模块，用于调用极坐标插补指令控制主轴依次旋转预设角度及铣刀座驱动铣刀同步铣削加工。

进一步地，加工控制模块包括：

第二坐标系模块，用于设定极坐标插补平面，极坐标插补平面的第一轴对应铣刀座位移的X轴，极坐标插补平面的第二轴对应主轴的旋转轴；

坐标提取模块，用于提取工件在直角坐标系所在平面上的各端点的坐标值；

赋值转换模块，用于将各端点的坐标值赋值给极坐标插补平面实现主轴的转动及铣刀座的移动控制。

本发明具有以下有益效果：

本发明数控车床铣削加工控制方法及装置，通过调用极坐标插补指令控制主轴依次旋转预设角度及铣刀座驱动铣刀同步铣削加工，实现了数控车床上的铣削加工，有效避免了工件加工周转导致的加工周期长及多次装夹导致的加工误差，且相对于数控车削加工中心，降低了采用专用设备带来的额外成本，此外，本发明控制方法通过引入极坐标控制，简化了程序代码，无需专业编程人员和编程软件的辅助，操作性强，适用于多边形的直线边的铣削，具有广泛的推广应用价值。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例数控车床铣削加工控制方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施例正六方加工对应的直角坐标系的示意图；

图3是本发明优选实施例极坐标插补平面的示意图；

图4是本发明优选实施例数控车床铣削加工控制装置的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的优选实施例提供了一种数控车床铣削加工控制方法，该数控车床为带虚拟Y轴的数控车床，其包括用于安装车刀以进行车削加工的刀塔、用于安装铣刀的铣刀座及用于夹持待加工工件的主轴，主轴的旋转角度可控，在进行铣削加工之前先经数控车床对待加工工件进行车削加工，即经主轴夹持并带动工件旋转，并在车工的配合下对工件进行车削加工，在车削加工之后，该数控车床继续进行铣削加工，参照图1，本实施例铣削加工控制方法包括：

步骤S100，根据铣削加工要求的型面形状建立相应直角坐标系，直角坐标系以工件上铣削加工的几何中心为原点，工件在铣削加工处的纵向剖面为直角坐标系所在平面；

步骤S200，调用极坐标插补指令控制主轴依次旋转预设角度及铣刀座驱动铣刀同步铣削加工。

本实施例通过调用极坐标插补指令控制主轴依次旋转预设角度及铣刀座驱动铣刀同步铣削加工，实现了数控车床上的铣削加工，有效避免了工件加工周转导致的加工周期长及多次装夹导致的加工误差，且相对于数控车削加工中心，降低了采用专用设备带来的额外成本，此外，本发明控制方法通过引入极坐标控制，简化了程序代码，无需专业编程人员和编程软件的辅助，操作性强，适用于多边形的直线边的铣削，具有广泛的推广应用价值。

以铣削正六方型面为例，采用带虚拟Y轴的数控车床进行加工时，若使用专业软件编制铣削正六方的程序，后处理出的NC代码如下：

T1010(D＝10)

G0 G54 X46.125 Z5.

C6.77

M8

M124 S650 P2

Z2.

G98 G1 Z-13.5 F2000

X36.412 C-14.36

X34.582 C-13.51

X32.79 C-12.585

X31.036 C-11.565

X29.32 C-10.445

X27.644 C-9.205

X26.008 C-7.83

X24.413 C-6.295

X22.861 C-4.575

X21.354 C-2.635

X20.487 C-1.375 F200

G41 X19.63 C0.F160

X18.866 C-4.3

X18.22 C-8.905

X17.703 C-13.785

X17.323 C-18.895

X17.086 C-24.175

X16.998 C-29.545

X17.06 C-34.915

X17.271 C-40.21

X17.625 C-45.34

X18.115 C-50.245

X18.734 C-54.875

X19.162 C-57.51

X19.63 C-60.

X18.866 C-64.3

X18.221 C-68.905

X17.704 C-73.785

X17.324 C-78.895

X17.088 C-84.175

X17.001 C-89.545

X17.063 C-94.915

X17.273 C-100.205

X17.628 C-105.335

X18.119 C-110.24

X18.738 C-114.87

X19.164 C-117.49

X19.63 C-120.

X18.866 C-124.305

X18.222 C-128.905

X17.705 C-133.79

X17.326 C-138.9

X17.09 C-144.175

X17.003 C-149.545

X17.065 C-154.915

X17.276 C-160.205

X17.631 C-165.335

X18.122 C-170.235

X18.742 C-174.87

X19.169 C-177.49

X19.63 C-180.

X18.866 C-184.3

X18.22 C-188.905

X17.703 C-193.785

X17.323 C-198.895

X17.086 C-204.175

X16.998 C-209.545

X17.06 C-214.915

X17.271 C-220.21

X17.625 C-225.34

X18.115 C-230.245

X18.734 C-234.875

X19.162 C-237.51

X19.63 C-240.

X18.866 C-244.3

X18.221 C-248.905

X17.704 C-253.785

X17.324 C-258.895

X17.088 C-264.175

X17.001 C-269.545

X17.063 C-274.915

X17.273 C-280.205

X17.628 C-285.335

X18.119 C-290.24

X18.738 C-294.87

X19.164 C-297.49

X19.63 C-300.

X18.866 C-304.305

X18.222 C-308.905

X17.705 C-313.79

X17.326 C-318.9

X17.09 C-324.175

X17.003 C-329.545

X17.065 C-334.915

X17.276 C-340.205

X17.631 C-345.335

X18.122 C-350.235

X18.742 C-354.87

X19.169 C-357.49

X19.63 C-360.

X18.865 C-364.3

X18.383 C-367.625

X17.967 C-371.115

X19.498 C-372.65

X21.062 C-373.975

X22.657 C-375.13

X24.284 C-376.145

X25.942 C-377.045

X27.631 C-377.85

X29.352 C-378.575

X31.105 C-379.225F1000

X32.89 C-379.815

X34.708 C-380.355

X36.08 C-380.725F2000

G40X37.454 C-381.07

G0 Z5.

M9

G0 X100.

Z100.

M30

％

由上可见，由软件编制后的程序冗长且不易校对，会给加工带来安全隐患，对编程员和机床操作者的要求高。

本实施例中，极坐标插补是一种轮廓控制，其将笛卡尔坐标系内的编程指令转换为直线轴的移动(刀具的移动)和旋转轴的移动(工件的旋转)，本实施例调用极坐标插补指令控制主轴依次旋转预设角度及铣刀座驱动铣刀同步铣削加工包括：

设定极坐标插补平面，参照图3，极坐标插补平面的第一轴(直线轴)对应铣刀座位移的X轴，极坐标插补平面的第二轴(旋转轴)对应主轴的旋转轴；

提取工件在直角坐标系所在平面上的各端点的坐标值；

将各端点的坐标值赋值给极坐标插补平面实现主轴的转动及铣刀座的移动控制。

本实施例通过引入极坐标插补指令来实现对工件上直线型面的铣削加工，简化了利用带虚拟Y轴的数控车床上实现铣削加工的编程控制，编程简单，控制简便。且零件可以集车削、铣削加工于一体，不需要两次或多次装夹，并省却了从车削至铣削的转工，节省了加工周期。

优选地，主轴依次取各端点的Y值实现相邻端面间的转动，且转动进给速度可调，以满足加工的精度要求。

本实施例中，主轴在单次转动过程中，铣刀在工件表面由距工件旋转中心的最远点逼近最近点、并由最近点到达工件表面，实现单边的铣削加工。具体地，夹持棒料的主轴可以数字控制一角度(即带C轴功能)旋转，此时铣刀离工件旋转中心最远；随着零件的旋转，刀具离工件的旋转中心越来越近，此时到达最近点；在上述铣刀离工件旋转中心最远至最近的过程中，工件不停的旋转，刀具不断逼近至最近点，每旋转一个细小的角度，刀具就逼近一点，可以看成是一个连续的过程，即实现了采用编程软件实现拟合铣削控制的效果；铣刀到达距离工件旋转中心最近点后，工件继续旋转，刀具离工件的旋转中心越来越远，以至到达最远点，此时就铣削完一条边。在上述铣刀离工件旋转中心由最近至最远的过程中，工件不停的旋转，刀具不断逼近至最远点，每旋转一个细小的角度，刀具就远离一点，也可以看成是一个连续的过程。重复上述加工六次，即可加工完一个六方体的铣削加工。

可选地，本实施例数控车床铣削加工控制方法还包括：

调用极坐标插补指令经铣刀座控制铣刀的进刀点、退刀点。

下面以一个车工后零件的外圆上正六方体铣削加工为例，对本实施例方法的编程控制过程进行介绍，具体如下：

参照图2，以正六方的几何O为原点建立直角坐标系，图中各点的坐标分别如下：

A(14.722，8.5)

B(4.907，-8.5)

C(-4.907，-8.5)

D(-9.815，0)

E(-4.907，8.5)

F(4.907，8.5)

G(14.722，-8.5)

现调用极坐标，将C轴(即主轴)值取上述A至G的Y值，NC代码如下：

T1010M124S600P2

M08

M63……C轴模式启动

G98G0X40.

Z-13.5.

G12.1……调用极坐标

G41G1X14.722C8.5F160……起刀点，C值取A点的Y值，以下类推

X4.907C-8.5……C值取B点的Y值，以下类推

X-9.815C0.

X-4.907C8.5

X4.907C-9.5

X14.722C-8.5

G40X75.F1000……铣削完成，刀路轨迹离开零件。

G13.1……取消极坐标

M64……取消C轴模式

M125

G0Z100.

M09

M01

……

可见，本实施例NC程序简洁快捷，方便校对，条理清晰。以上仅为举例，本领域技术人员应当知道，三角形、正四方等其它直线型面的铣削都可以使用此方法。

对此类机床的数控编程，其NC代码简洁快捷，不需要专业编程员和编程软件的支持。机床操作者在掌握此规律后，即编制程序，并加工出合格的产品。此方法适用于正四方，三角形等直线边的铣削，尺寸公差±0.025。由于正六边形(六角头螺栓)、四边形等轮廓的加工应用面广，且能带来成本的下降、管理难度的降低和生产效率的提高，有一定的现实意义。

根据本发明的另一方面，还提供一种数控车床铣削加工控制装置，该数控车床为带虚拟Y轴的数控车床，其包括用于安装车刀以进行车削加工的刀塔、用于安装铣刀的铣刀座及用于夹持待加工工件的主轴，主轴的旋转角度可控，在进行铣削加工之前先经数控车床对待加工工件进行车削加工，参照图4，本实施例铣削加工控制装置包括：

第一坐标系模块100，用于根据铣削加工要求的截面形状建立相应直角坐标系，直角坐标系以工件上铣削加工的几何中心为原点，工件在铣削加工处的纵向剖面为直角坐标系所在平面；

加工控制模块200，用于调用极坐标插补指令控制主轴依次旋转预设角度及铣刀座驱动铣刀同步铣削加工。

本实施例中，加工控制模块200包括：

第二坐标系模块201，用于设定极坐标插补平面，极坐标插补平面的第一轴对应铣刀座位移的X轴，极坐标插补平面的第二轴对应主轴的旋转轴；

坐标提取模块202，用于提取工件在直角坐标系所在平面上的各端点的坐标值；

赋值转换模块203，用于将各端点的坐标值赋值给极坐标插补平面实现主轴的转动及铣刀座的移动控制。

本实施例铣削加工控制装置与上述铣削加工控制方法对应，具体实现过程可以参照上述方法实施例，在此不再赘述。

本实施例数控车床铣削加工控制方法及装置，通过调用极坐标插补指令控制主轴依次旋转预设角度及铣刀座驱动铣刀同步铣削加工，实现了数控车床上的铣削加工，有效避免了工件加工周转导致的加工周期长及多次装夹导致的加工误差，且相对于数控车削加工中心，降低了采用专用设备带来的额外成本，此外，本发明控制方法通过引入极坐标控制，简化了程序代码，无需专业编程人员和编程软件的辅助，操作性强，适用于多边形的直线边的铣削，具有广泛的推广应用价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。