01
序言
隨著國內(nèi)高端制造業(yè)的興起，為了滿足客戶個性化需求，重型和大型復雜零件的制造精度越來越高，對機床也提出了更高的要求，立式車銑復合加工中心應運而生。本文以西門子828D系統(tǒng)為例，介紹立式車銑復合加工中心上CYCLE800、端面轉換和柱面轉換等功能的編程方法及應用實例。
02
西門子數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢
西門子828D提供了很實用的人機對話式編程，加工零件程序無需記憶大量G代碼，還有各種轉換功能，用相應的轉換指令可以很方便高效地編程[1]。例如CYCLE800就是很實用的回轉平面功能，使用右手笛卡爾坐標系，很容易實現(xiàn)坐標系的平面回轉，坐標系回轉后，再使用西門子模塊功能進行平面銑削、型腔銑削、多邊凸臺銑削、槽銑削、螺紋銑削和雕刻銑削，這樣就可以大大降低編程難度，減少程序的長度[2，3]。立式車銑復合的常用指令如下。
SETMS(n)；n表示切換為主主軸的主軸軸號
SETMS；主主軸復位
TRACYL(d)；柱面轉換開始，其中d為圓柱工件直徑
TRAFOOF；轉換結束
CYCLE800()；平面回轉
以CYCLE800為例，CYCLE800可實現(xiàn)銑刀定位和回轉平面。銑刀定位是擺動刀具軸線的方向，不改變工件坐標系方向。刀具回轉如圖1所示?；剞D平面（見圖2）是擺動加工平面以及刀具軸線方向，可以對系統(tǒng)的框架實現(xiàn)靜態(tài)平面的轉換，可在5軸機床上定義空間中的旋轉工作平面。在該工作平面上能進行2D或3D的操作和加工。參與轉換的2個旋轉軸只進行定位，線性軸在加工時移動的方式被稱為3+2軸定位加工，能夠把工件坐標系通過平移→旋轉→再平移的方法轉移到當前所需加工的空間傾斜面上，實現(xiàn)空間坐標系的轉換，從而將實際的旋轉軸法線定位到編程平面上。
圖1 刀具回轉
圖2 回轉平面
CYCLE800的銑刀定位有相應的模塊，只需填寫需要旋轉的角度即可完成編程。判斷和設定CYCLE800的方法是用右手笛卡爾法則確定X、Y、Z三個軸的正方向：伸出右手大拇指、食指和中指并成垂直狀，拇指對應X軸正向，食指對應Y軸正向，則中指對應Z軸正向；然后右手伸出大拇指，其余四指握拳，大拇指指向軸的正方向，其余四指彎曲的方向就是旋轉平面的正方向，反之為負方向。
03
立式車銑復合編程方法
以圖3零件為例，介紹立式車銑復合編程方法。此零件通過車銑復合機床CYCLE800銑刀定位和回轉平面功能，結合西門子特有的模塊化編程進行銑平面、輪廓銑削和型腔加工，最后運用TRACYL柱面轉換加工，在零件外圓處雕刻字母。
圖3 零件模型
第一步加工斜面，如圖4所示，使用CYCLE800回轉平面功能加工一定角度的斜面。首先選擇需要的刀具，34號刀為φ4mm立銑刀，然后啟動第二軸銑削軸，軸參數(shù)為正轉，轉速為1000r/min，CYCLE800將工件中心坐標向正方向移動20.556mm，Y軸旋轉60°，再將旋轉后的坐標系向Y軸移動－30mm。然后使用模塊銑削平面，系統(tǒng)自動轉換為銑削60°斜面。具體程序如下。
T34D1M6
SETMS(2)
M2=3 S2=1000
CYCLE800(0,“HAND2”,100000,57,20.556,0,0,0,60,0,0,-30,0,-1,100,1)
CYCLE61(100,12,10,0,0,0,32,55,2,70,1,90,31,0,1,1010)
CYCLE61(100,1,10,0,0,0,32,55,0.5,20,0,90,31,0,1,1010)
圖4 斜面加工
第二步在加工的斜面上挖一個貫穿槽，槽中間再挖一個方形槽。如圖5所示，使用CYCLE800銑刀定位和回轉平面，在斜面上挖槽。在斜面的基礎上，Z軸坐標系ROT旋轉90°。使用輪廓銑削，粗加工和精加工貫穿槽，退刀后Z軸坐標系還原到0°，在貫穿槽中間加工方形槽。具體程序如下。
T34D1M6
SETMS(2)
M2=3 S2=1000
CYCLE800(0,“HAND2”,101,54,,,,15,0,,,,,,100,1)
CYCLE800(0,“HAND2”,100000,57,20.556,0,0,0,60,
0,16,0,0,-1,100,1)
ROT Z=90
CYCLE62(“CE1”,1,,)
CYCLE63(“QWE”,11,10,0,1,-4,100,0.1,40,1,0.1,0.1,
0,0,0,1,1,15,1,2,“”,1,,0,101,111)
CYCLE63(“WE”,13,10,0,1,-4,100,0.1,40,1,0.1,0.01,
0,0,0,1,1,15,1,2,“”,1,,0,101,111)
G0X150
ROT Z=0
POCKET3(100,0,10,-10,12,12,4,0,0,0,1,0.1,0.1,80,0.1,
0,21,70,8,3,15,2,2,0,1,2,11100,11,111)
POCKET3(100,0,10,-10,12,12,4,0,0,0,1,0.1,0.1,80,0.1,
0,22,70,8,3,15,2,2,0,1,2,11100,11,111)
輪廓銑削程序如下。
E_LAB_A_CE1: ;#SM Z:18
G19 G90 DIAMOF;*GP*
G0 Y-28.32 Z11 ;*GP*
G3 Y28.32 J=AC(0) K=AC(56.978) ;*GP*
G1 Z3 ;*GP*
G2 Y-28.32 J=AC(0) K=AC(58.154) ;*GP*
G1 Z11 ;*GP*
E_LAB_E_CE1:
圖5 斜面挖槽
第三步在加工的斜面上挖一個矩形腔。如圖6所示，使用SPOS主軸定位，換一個角度用CYCLE800銑刀定位和回轉平面，在斜面上挖矩形腔。首先使用主軸定位功能，讓主軸旋轉240°，重復第一步加工斜面，再換球刀加工矩形腔，具體程序如下。
CYCLE800()
SETMS
M1=3 S1=50
SPOS=240
SETMS(2)
T34D1M6
M2=3 S2=1500
CYCLE800(0,“HAND2”,100000,57,20.556,0,0,
0,60,0,16,0,0,-1,100,1)
CYCLE61(100,12,10,0,-20,-30,17,50.5,2,70,1,90,31,
0,1,1010)
CYCLE61(100,1,10,0,-20,-30,17,50.5,2,20,0,90,31,
0,1,1010)
G0Z150
T29D1M6
M2=3 S2=1500
CYCLE800(0,“HAND2”,101,54,,,,60,0,,,,,,100,1)
POCKET3(100,0,10,-6,24,14,5,0,0,90,1,0.1,0.1,80,
0.1,0,22,70,8,3,15,1,1,0,1,2,11100,11,111)
POCKET3(100,-5.5,10,-6,24,14,5,0,0,90,0.5,0.1,0.1,
80,0.1,0,22,70,8,3,15,1,1,0,1,2,11100,11,111)
G0X200
圖6 斜面挖矩形腔
第四步，使用西門子多個島嶼輪廓的銑削功能，銑削零件頂部（見圖7）。在開始銑削頂部之前，首先取消坐標系旋轉，取消刀具定位角度，使銑刀垂直于工件進行加工。使用多個島嶼輪廓的銑削功能，首先新建大輪廓，再創(chuàng)建中心的輪廓，調(diào)用輪廓的時候一定先調(diào)用大輪廓，后調(diào)用中心的圓輪廓，然后使用輪廓銑削功能里的型腔銑削，完成零件頂部的加工，最后在零件頂部加工一個矩形腔，具體程序如下。
CYCLE800()
CYCLE800(0,“HAND2”,101,54,,,,0,0,,,,,,100,1))
T34D1M6
M2=3 S2=1500
G0Z200
CYCLE62(“DINGMIANHUABAN”,1,,)
CYCLE62(“ZHONGXINYUAN”,1,,)
CYCLE63(“QWE”,1011,100,0,10,-10,100,0.1,55,1,
0.5,0.5,0,0,0,1,1,15,1,2,“”,1,,0,101,111)
CYCLE63(“QWE”,1013,100,0,10,-10,100,0.1,30,1,
0.1,0.1,0,0,0,1,1,15,1,2,“”,1,,0,101,111)
POCKET3(100,0,10,-5,12,12,4,0,0,0,1,0.1,0.1,80,0.1,
0,21,40,8,3,15,1,1,0,1,2,11100,11,111)
POCKET3(100,0,10,-5,12,12,4,0,0,0,1,0.1,0.1,80,0.1,
0,22,40,8,3,15,1,1,0,1,2,11100,11,111)
POCKET3(100,0,10,-5,12,12,4,0,0,0,1,0.1,0.1,80,0.1,0,
24,40,8,3,15,1,1,0,1,2,11100,11,111)
G0Z200
X200
輪廓DINGMIANHUABAN：
E_LAB_A_DINGMIANHUABAN: ;#SM Z:4
G17 G90 DIAMOF;*GP*
G0 X1.103 Y17.465 ;*GP*
G3 X5.747 Y19.955 I=AC(1.417) J=AC(22.455) ;*GP*
G1 X7.1 Y22.298 ;*GP*
G2 X15.76 Y17.298 I=AC(11.447) J=AC(19.827) ;*GP*
G1 X14.407 Y14.955 ;*GP*
G3 X14.574 Y9.687 I=AC(18.737) J=AC(12.456) ;*GP*
G2 Y-9.687 I=AC(-0) J=AC(0) ;*GP*
G3 X14.407 Y-14.955 I=AC(18.737) J=AC(-12.456) ;*GP*
G1 X15.76 Y-17.298 ;*GP*
G2 X7.1 Y-22.298 I=AC(11.413) J=AC(-19.769) ;*GP*
G1 X5.747 Y-19.955 ;*GP*
G3 X1.103 Y-17.465 I=AC(1.417) J=AC(-22.455) ;*GP*
G2 X-15.676 Y-7.777 I=AC(.001) J=AC(0) ;*GP*
G3 X-20.155 Y-5 I=AC(-20.155) J=AC(-10) ;*GP*
G1 X-22.861 ;*GP*
G2 Y5 I=AC(-22.861) J=AC(0) ;*GP*
G1 X-20.155 ;*GP*
G3 X-15.676 Y7.777 I=AC(-20.155) J=AC(10) ;*GP*
G2 X1.103 Y17.465 I=AC(.001) J=AC(-0) ;*GP*
E_LAB_E_DINGMIANHUABAN:
輪廓ZHONGXINYUAN：
E_LAB_A_ZHONGXINYUAN: ;#SM Z:8
G17 G90 DIAMOF;*GP*
G0 X11 Y0 ;*GP*
G3 I=AC(0) J=AC(0) ;*GP*
E_LAB_E_ZHONGXINYUAN:
圖7 頂部銑削
第五步，使用西門子雕刻銑削功能，柱面雕刻銑削零件（見圖8）。選擇13號刀具，調(diào)整刀具位置，使銑刀垂直于工件柱面；啟動第二主軸，設置轉數(shù)和進給；使用西門子柱面轉換功能TRACYL，調(diào)用雕刻銑削模塊，在模塊中設置需要雕刻的文字和字高；加工完成后取消柱面轉換。具體程序如下。
T13D1M6
CYCLE800(0,“HAND2”,101,54,,,,90,0,,,,,,100,1)
SETMS(2)
M2=3 S2=1000 F80
TRACYL(70)
CYCLE60(“SINUMERIK”,70,35,1,,1,52,-10,0,0,0,6,3,1,
20,20020000,1252,0,100,13,1)
TRAFOOF
G0X200
圖8 柱面雕刻
04
結束語
對于較大型的既需要立式車削又需要銑削的零件，在車銑復合加工中心上使用西門子數(shù)控系統(tǒng)CYCLE800、端面轉換和柱面轉換功能，結合模塊化編程，可在極大程度上減少編程人員的工作量，且有利于提高生產(chǎn)效率、減少裝夾次數(shù)，最終提高零件的整體加工精度。
