柴油機活塞燃燒室的網(wǎng)絡化數(shù)控加工實現(xiàn)方案

邱兆義 熊峰 張明武

（中國船舶重工集團公司七一二研究所，武漢 430064）

1 引言

數(shù)控加工手段很好地解決了機械制造中常規(guī)加工技術難度大、復雜型面零件的加工難題。本文以某船用柴油機活塞燃燒室的曲面加工實例，從零件的裝夾方式、數(shù)控程序的編制、數(shù)控程序的網(wǎng)絡化傳輸?shù)确矫嬖敿毥榻B了活塞燃燒室曲面的網(wǎng)絡化數(shù)控加工的實現(xiàn)方案，從而解決了傳統(tǒng)的靠模仿形加工質(zhì)量差、效率低的難題。

2 活塞燃燒室的結(jié)構(gòu)及加工工藝分析

某船用柴油機活塞的零件結(jié)構(gòu)簡圖如圖 1：其燃燒室部分是由R120和R240兩段圓弧組成的復合光滑曲線圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn) 360°形成的曲面體，并在端口倒角R5，加工要求的表面粗糙度為 Ra1.25。

圖1 某船用柴油機活塞結(jié)構(gòu)簡圖

燃燒室的結(jié)構(gòu)屬于雙曲面擬合回轉(zhuǎn)體的加工類型，其常規(guī)加工方式是在普通車床上利用靠模進行仿形加工，但加工后的表面粗糙度很難達到要求，一般加工后需要人工打磨處理，加工效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定。

通過對活塞結(jié)構(gòu)分析及燃燒室的結(jié)構(gòu)特點，完全可以充分利用數(shù)控車床以及網(wǎng)絡 DNC技術來實現(xiàn)燃燒室的網(wǎng)絡化數(shù)控加工。

3 裝夾方式的實現(xiàn)

由于活塞燃燒室要求加工的部分在活塞的端部，活塞長度 505，加工時懸臂較長，端部加工時受力較大，并且活塞的外圓裙部已經(jīng)經(jīng)過精加工，表面不允許有任何的傷痕，因此在燃燒室裝夾加工時設計了必要的專用裝夾工具。裝夾時采用止口盤和端面定位，一個專用拉桿和受力筒通過活塞的銷孔和車床的主軸將活塞拉緊，具體裝夾方式如圖2所示：

圖2 活塞裝夾簡圖

裝夾時，先將止口盤用三爪卡盤夾緊，止口盤的臺階面在裝夾后經(jīng)過二次加工，以保證與車床主軸的同軸度，然后將活塞裝在止口盤上，活塞內(nèi)孔與止口盤的臺階面的配合間隙保證在0.05 mm以內(nèi)，同時用拉桿借助受力筒將活塞拉緊，利用受力筒與活塞的銷孔受力來保證活塞安裝的夾緊力。這樣既活塞加工過程中既能保證與車床主軸的同軸度，又能保證得到較大的夾緊力而不損傷活塞裙部表面，防止切削力產(chǎn)生的振動。

4 數(shù)控程序的編制

對于曲面體的數(shù)控加工程序的編制，手工編程比較困難，一般要借助數(shù)控編程軟件來實現(xiàn)自動編程，編程的準確度高，編程快，易于實現(xiàn)。本文采用CAXA數(shù)控車XP編程軟件來實現(xiàn)活塞燃燒室的曲面體數(shù)控加工程序的編制，其編制的過程如下：

（a）繪圖造型：繪制車削加工零件活塞燃燒室的輪廓圖形時，因為車削為回轉(zhuǎn)曲面體加工，所以造型只需半視的二維圖，造型后的輪廓如圖3。

（b）粗車內(nèi)輪廓：通過“加工”菜單下的“輪廓粗車”命令調(diào)出“粗車參數(shù)表”，如圖4。

通過“粗車參數(shù)表”分別設置加工參數(shù)、進退刀方式、切削用量、輪廓車刀等，然后通過輪廓拾取和毛坯拾取，生成加工軌跡并可對其進行仿真。

圖3 燃燒室的半視二維輪廓圖

圖4 粗車參數(shù)表

（c）精車內(nèi)輪廓：同粗車方法一樣，通過“加工”菜單下的“輪廓精車”命令調(diào)出“精車參數(shù)表”（精車參數(shù)表內(nèi)的參數(shù)與粗車參數(shù)表內(nèi)的參數(shù)一樣），分別設置好各個相關的加工參數(shù)，生成精車加工軌跡。

（d）數(shù)控G代碼生成：根據(jù)當前加工機床類型的數(shù)控系統(tǒng)配置要求，選擇好對應的數(shù)控機床，機床的參數(shù)設置見圖5所示。

每種機床的數(shù)控系統(tǒng)要求的程序頭、換刀、程序尾等參數(shù)是不同的，要根據(jù)具體的數(shù)控系統(tǒng)來設置，這是數(shù)控程序能否被機床識別的必要條件。一旦選擇好機床，就可把已經(jīng)生成的粗車加工軌跡和精車加工軌跡利用“代碼生成”命令分別轉(zhuǎn)化成G代碼數(shù)據(jù)文件，即CNC數(shù)控程序。

通過上述步驟可以快速的實現(xiàn)活塞燃燒室粗車和精車的數(shù)控程序編制。

5 數(shù)控程序的網(wǎng)絡化傳輸

為了實現(xiàn)數(shù)控程序的傳輸，目前應用最廣泛的是基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡建立計算機和機床的聯(lián)網(wǎng)傳輸方案。

圖5 機床類型設置

5.1 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

本文構(gòu)建的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是基于 CAXA網(wǎng)絡DNC基礎上的以太網(wǎng)網(wǎng)絡傳輸方案，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)拓撲形式如圖6所示：

圖6 DNC局域網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖

該網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)以TCP／IP和以太網(wǎng)為網(wǎng)絡構(gòu)架，通過CanHigher公司的NC601A智能終端將計算機和機床連接到局域網(wǎng)絡，實現(xiàn)計算機和機床的數(shù)據(jù)共享。NC601A智能終端采用高性能的專用處理器，采用8芯串口插座RJ-45與通信網(wǎng)絡電纜相連，可將 RS232串口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP／IP協(xié)議平臺上的10M／100M以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，從而解決 RS232串口的通訊距離和通訊速率均比較低的問題。

5.2 CAXA網(wǎng)絡DNC通信模塊的參數(shù)設置

在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)建好，數(shù)控程序傳輸前必須要設置好通信參數(shù)，否則，數(shù)控程序是無法傳輸。通信參數(shù)的設置包括以下兩個方面：

（a）機床端參數(shù)設置

根據(jù)機床的數(shù)控系統(tǒng)設置對應的機床通信參數(shù)，對本文中活塞燃燒室的加工來說，采用的是FANUC Oi-T數(shù)控系統(tǒng)的CK7525數(shù)控車床，在機床端其參數(shù)設置主要是I/O通道和波特率兩個參數(shù)，其它參數(shù)按照默認值即可。I/O通道是實際機床連接的I/O通道號，設置為1，波特率設置為19200 bps/s。

（b）DNC軟件端的通信參數(shù)設置

打開CAXA網(wǎng)絡DNC軟件，通過“添加機床”命令打開“機床參數(shù)設置”對話框，按照對話框中的所要填寫參數(shù)的要求，比如：基本信息、發(fā)送參數(shù)、接受參數(shù)、自動應答參數(shù)等，結(jié)合機床端參數(shù)的設置，對軟件通信參數(shù)進行一一對應設置，并確保參數(shù)設置的一致性。

5.3 數(shù)控程序的傳輸

當完成數(shù)控機床和通信軟件的參數(shù)設置后，通過 DNC軟件和機床之間 QV應答的方式就可以很方便地實現(xiàn)數(shù)控程序的傳輸。比如活塞燃燒室加工的數(shù)控程序名為“o1234.cut”，機床作為終端設備，通過服務器請求發(fā)送“o1234.cut”G代碼的指令，DNC軟件端接到請求后，通過“發(fā)送”命令，就將計算機內(nèi)的該數(shù)控程序文件發(fā)送到機床，機床接受后就可以實現(xiàn)數(shù)控加工。

6 結(jié)論

通過對某船用活塞生產(chǎn)加工中的切實應用，基于CAXA數(shù)控車編程軟件和CAXA網(wǎng)絡DNC構(gòu)架的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了活塞燃燒室的數(shù)控編程和網(wǎng)絡化數(shù)控加工，較好的滿足了設計圖樣的曲面體尺寸加工要求和表面粗糙度要求，大大提高了加工質(zhì)量和加工效率。

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[1]CAXA數(shù)控車XP用戶指南. www.caxa.com.

[2]CAXA網(wǎng)絡DNC V2006用戶手冊. www.caxa.com.

[3]華茂發(fā)主編. 數(shù)控機床加工工藝[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2000.

[4]陳宏鈞主編. 機械加工工藝設計員手冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2009.1.

[5]季照平, 邱玉琴. 基于 CAXA-DNC 的機床數(shù)據(jù)通信[J]. 裝備制造技術, 2007, (3):75～77.