某重卡發(fā)動機(jī)支架數(shù)控加工程序優(yōu)化

魏 超，李晶晶，張 龍，劉 瑤，雷德力，張二超

某重卡發(fā)動機(jī)支架數(shù)控加工程序優(yōu)化

魏 超，李晶晶，張 龍，劉 瑤，雷德力，張二超

（陜西華臻車輛部件有限公司，陜西 西安 710000）

近年來，隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，并逐漸成為機(jī)械制造行業(yè)中的支柱性產(chǎn)業(yè)，而數(shù)控技術(shù)在汽車行業(yè)起到了舉足輕重的作用，尤其是體現(xiàn)在重卡領(lǐng)域關(guān)鍵零部件的機(jī)械加工中。對于形狀/結(jié)構(gòu)簡單的產(chǎn)品來說，為方便、快捷，數(shù)控加工程序通常采用手工編程來完成。文章以某重卡發(fā)動機(jī)支架為例，針對鉆四個底孔和銑3°面的加工內(nèi)容進(jìn)行了研究。通過對產(chǎn)品加工工藝進(jìn)行分析，制定了兩種加工工藝方案，依據(jù)工藝方案，通過FANUC 數(shù)控系統(tǒng)編程，對方案A和方案B兩種手工編程方法進(jìn)行了對比分析，經(jīng)現(xiàn)場多次實踐，并得出結(jié)論，方案B通過應(yīng)用G68旋轉(zhuǎn)指令，簡化了編程難度，提升了編程效率，降低了編程出錯率，為后續(xù)同類型產(chǎn)品提供了一個新思路、新方法。

FANUC數(shù)控系統(tǒng)；G68旋轉(zhuǎn)指令；手工編程；重卡發(fā)動機(jī)支架；數(shù)控加工

近年來，隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，并逐漸成為機(jī)械制造行業(yè)中的支柱性產(chǎn)業(yè)，而數(shù)控技術(shù)在汽車行業(yè)起到了舉足輕重的作用，尤其是體現(xiàn)在重卡領(lǐng)域關(guān)鍵零部件的機(jī)械加工中?？紤]發(fā)動機(jī)的振動效果及使用性能，發(fā)動機(jī)懸置時需設(shè)計安裝傾角，傾角一般為3°或2.5°，與之安裝的發(fā)動機(jī)支架也需設(shè)計對應(yīng)的安裝角度，以保證發(fā)動機(jī)的可靠性和使用壽命。因發(fā)動機(jī)支架產(chǎn)品4個孔組和定位基準(zhǔn)面有3°或2.5°的角度，由圖紙無法直接獲取4個孔組的相對位置坐標(biāo)，導(dǎo)致工藝技術(shù)員在立式加工中心手工編程過程中存在一定的困難。

本文以某重型卡車發(fā)動機(jī)支架為研究對象，針對鉆4個孔組、銑定位基準(zhǔn)面加工工序進(jìn)行了工藝性分析，制定了方案A和方案B兩種工藝方案，并對A/B兩種方案的優(yōu)點和弊端進(jìn)行了分析對比，方案B通過科學(xué)應(yīng)用G68旋轉(zhuǎn)指令，將加工坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)一定的角度，可直接進(jìn)行鉆孔加工，對方案A復(fù)雜的加工程序進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，避開了方案A中的計算誤差，方法直接，效率較高，效果明顯，既提升了編程速度，同時又不降低加工精度。

1 產(chǎn)品加工工藝方案

圖1為某重型卡車發(fā)動機(jī)支架二維圖紙（俯視圖），依據(jù)產(chǎn)品加工工藝方案知，本工序加工內(nèi)容：鉆4×φ18 mm孔，保證尺寸（100±0.2）mm、（100±0.2）mm，銑內(nèi)側(cè)定位基準(zhǔn)面，保證角度3°、（58.5±0.2）mm。

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點、定位裝夾方式以及尺寸精度要求，經(jīng)過對圖紙本工序加工內(nèi)容進(jìn)行工藝分析，制定了A和B兩種加工工藝方案，依據(jù)A和B兩種工藝方案，結(jié)合本工序加工內(nèi)容，有A和B兩種切削編程方式，通過在立式加工中心上進(jìn)行FANUC數(shù)控加工程序手動編制[1]，在實際生產(chǎn)過程中，方案A和B兩種編程方式都得到了有效驗證。因A和B兩種工藝方案中的銑內(nèi)側(cè)定位基準(zhǔn)面編程方法相同，本文不做對比分析，本文只探討鉆孔步序。

圖1 發(fā)動機(jī)支架圖紙（俯視圖）

本文中方案A和方案B均以G81鉆孔循環(huán)指令進(jìn)行鉆孔，具體指令格式如下：

G98 G81 X_ Y_Z_ R_ F_；

X_ Y_為孔的坐標(biāo)值；

Z_ 為鉆孔深度；

R_ 為安全高度；

F_ 為進(jìn)給速度。

注：A/B兩種方案定位、裝夾方式以及刀具高度補償均相同，統(tǒng)一采用φ18合金鉆加工，圖1為裝夾產(chǎn)品俯視圖，φ18孔深度為20 mm，不考慮刀尖尺寸及材質(zhì)對切削參數(shù)的影響

1.1 方案A

通過對圖1進(jìn)行加工工藝分析[2]，4×φ18孔組和內(nèi)側(cè)定位基準(zhǔn)面帶有3°的夾角，因無法由圖1直接獲得4個孔組（,）坐標(biāo)值，給手工編程帶來一定的難度，因此，方案A采用較原始的編程方法，將孔組中心點分別按二維方法，計算出孔中心的坐標(biāo)（,），再尋點加工孔[3]。

以本文案例進(jìn)行具體說明，第一步，工藝技術(shù)員借助CAXA[4]等二維軟件對圖紙4個孔組位置尺寸（100±0.2, 100±0.2）進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成以孔1中心為尺寸標(biāo)注基準(zhǔn)的相對位置尺寸，第二步，以孔1中心作為加工程序原點（0.,0.），由此建立G57加工坐標(biāo)系（設(shè)水平向右為軸正向，豎直向上為軸正向），如圖2所示，由此可以看出4個孔組中心的（,）坐標(biāo)，即孔1中心坐標(biāo)（0.,0.），孔2中心坐標(biāo)（-5.23,-99.86），孔3中心坐標(biāo)（-105.11,-94.63），孔4中心坐標(biāo)（-99.86,5.23）。

注：為保證加工后的尺寸精度更加接近理論尺寸，本文將工藝轉(zhuǎn)化尺寸按小數(shù)點后兩位有效數(shù)字保留。

圖2 發(fā)動機(jī)支架G57加工坐標(biāo)系

已知加工坐標(biāo)系G57和4個孔組的中心坐標(biāo)，按照G81鉆孔循環(huán)指令進(jìn)行加工程序編制，具體加工程序如下：

O1234

G80G40G69

G91G30Z0.M05

N1G00G90G57X0.Y0.（建立G57坐標(biāo)系）

G43Z100.H01M03S1200

G98G81Z-23.M03R3.F200（鉆孔循環(huán)）

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代碼的應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)格式：G68 X_ Y_ R_，其中和是旋轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)值，是旋轉(zhuǎn)角度，逆時針旋轉(zhuǎn)為正值，順時針旋轉(zhuǎn)為負(fù)值，69為旋轉(zhuǎn)結(jié)束取消指令。

舉例：G68 X10.Y10.R3.

表示以坐標(biāo)（10.,10.）為旋轉(zhuǎn)中心，逆時針旋轉(zhuǎn)3°。

1.3 方案B

通過上述1.2對G68代碼[5-7]的理解、掌握，結(jié)合本案例進(jìn)行分析，可將G68旋轉(zhuǎn)指令應(yīng)用于本案例，具體思路如下：以孔1中心作為加工程序原點（0.,0.），建立G58加工坐標(biāo)系（設(shè)水平向右為軸正向，豎直向上為軸正向），將G58加工坐標(biāo)系繞孔1中心坐標(biāo)（0.,0.）順時針旋轉(zhuǎn)3°，如圖3所示，4×φ18 mm孔組尺寸（100±0.2, 100±0.2）分別和G58坐標(biāo)系軸和軸平行，由此可直接看出4個孔組的中心坐標(biāo)值，即孔1中心坐標(biāo)（0.,0.），孔2中心坐標(biāo)（0.,-100.），孔3中心坐標(biāo)（-100.,-100.），孔4中心坐標(biāo)（-100.,0.）。

圖3 發(fā)動機(jī)支架G58加工坐標(biāo)系

已知加工坐標(biāo)系G58和4個孔組的中心坐標(biāo)，按照G81鉆孔循環(huán)指令進(jìn)行加工程序編制，具體加工程序如下：

O4321

G80G40G69

G91G30Z0.M05

N1G00G90G58X0.Y0.（建立加工坐標(biāo)系）

G43Z100.H01M03S1200

G68X0.Y0.R-3.（以坐標(biāo)原點順時針旋轉(zhuǎn)3°）

G98G81Z-30.M03R3.F200（鉆孔循環(huán)）

X0.Y-100.（孔2）

X-100.Y-100.（孔3）

X-100.Y0.（孔4）

G69（旋轉(zhuǎn)指令取消）

G80G40

G91G30Z0.M05

G28Y0.

M30

2 結(jié)論

通過對方案A和方案B兩種編程方法進(jìn)行分析對比，可以發(fā)現(xiàn)，方案A有以下弊端：（1）在手工編程前先要借助CAXA等二維軟件進(jìn)行工藝尺寸轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中容易出錯；（2）將轉(zhuǎn)化尺寸手動輸入到機(jī)床過程中容易將轉(zhuǎn)化尺寸輸入錯誤，而且程序輸入錯誤也不容易被發(fā)現(xiàn)，繼而導(dǎo)致加工質(zhì)量問題發(fā)生。

方案B彌補了方案A的不足，具有以下幾個優(yōu)點：

（1）通過科學(xué)應(yīng)用G68指令，省去了工藝技術(shù)員借助CAXA等二維軟件來創(chuàng)建工藝轉(zhuǎn)化尺寸的環(huán)節(jié)。

（2）通過應(yīng)用G68指令，提升了工藝技術(shù)員的編程效率。

（3）通過應(yīng)用G68指令，規(guī)避了方案A中的計算誤差。

（4）通過應(yīng)用G68指令，提升了產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

3 總結(jié)

本文以某重卡發(fā)動機(jī)支架為例，論述了兩種編程方式，方案A是一種比較原始的編程方法，對于編程初學(xué)者來說，更容易理解和掌握，隨著時間和經(jīng)驗的積累，經(jīng)過一定階段的學(xué)習(xí)和提升后，很容易學(xué)會方案B的編程技巧。方案B的編程技巧特別適合4個孔組和定位基準(zhǔn)面帶有角度的產(chǎn)品（如發(fā)動機(jī)/變速器類支架），能大大提升編程效率。實踐證明，該編程技巧具有一定的實用價值，可以向其他產(chǎn)品推廣、應(yīng)用。

[1] 伏芬琪.例談如何巧學(xué)數(shù)控手工編程[J].數(shù)碼世界, 2019(4):262.

[2] 姜東全,郝雙雙.數(shù)控編程與加工工藝的關(guān)系[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2020(3):165,167.

[3] 姜東全,郝雙雙.淺析數(shù)控編程的流程及原則[J].南方農(nóng)機(jī),2019,50(15):141,150.

[4] 周瀟瀟,李炫,許振,等.數(shù)控編程的方式方法[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2021,49(1):46-48,52.

[5] 王宇雷.數(shù)控機(jī)床編程技術(shù)及對刀操作中的相關(guān)問題探索[J].科技資訊,2020,18(3):55,57.

[6] 劉欲峰.淺析學(xué)習(xí)數(shù)控編程與操作技術(shù)的幾個關(guān)鍵點[J].機(jī)械工程與自動化,2022(3):222-223,226.

[7] 馬輝.CAXA軟件在機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,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，助理工程師，研究方向為汽車零部件機(jī)加工藝設(shè)計與開發(fā)，E-mail:18202993327@163.com。