1 序言
車銑復(fù)合機床是機床大家族中一個重要的分支，其結(jié)構(gòu)特征是將車床和銑床的優(yōu)勢集合在一起，既能對高精度的回轉(zhuǎn)體進行車削，同時又能完成銑床才能完成的各種銑削工作。最常見的車銑復(fù)合機床是在車床的刀塔上安裝動力頭來完成回轉(zhuǎn)體零件的銑削任務(wù)[1，2]。西門子數(shù)控系統(tǒng)提供了一種端面轉(zhuǎn)換（TRANSMIT）和柱面轉(zhuǎn)換（TRACYL）的方法，將主軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為虛擬的X軸和Y軸， 使得車銑復(fù)合銑削的編程與銑床的編程方式基本一樣，大大降低了編程的難度[3]。
2 圖樣主要技術(shù)要求與加工工藝
2.1 車銑零件圖樣主要技術(shù)要求
車銑零件三維模型如圖1所示，材料為LY15硬鋁合金，毛坯尺寸為φ102mm×283mm，外圓表面輪廓內(nèi)腔深度均為5mm，輪廓內(nèi)腔曲線精度等級為IT6，采用三爪自定心卡盤一夾一頂裝夾方式。
圖1 車銑零件三維模型
2.2 加工工藝
采用三爪自定心卡盤一夾一頂裝夾方式，分別完成車削外圓、銑削外圓輪廓腔工作。車削外圓：用刀片角度為80°、刀尖圓角為R1.2mm的菱形刀片進行外圓部分的加工，車削粗加工每次背吃刀量ap為1.2mm，外圓和端面各留余量0.3mm進行精加工。銑削外圓輪廓腔加工：用φ8mm 立銑刀（EN8）快速去除型腔內(nèi)部材料，每次吃刀量為5mm，側(cè)壁和底面留余量0.3mm進行精加工。銑削零件右端四方臺：用φ10mm立銑刀（EN10）粗銑，利用立銑刀側(cè)刃快速去除零件余量，背吃刀量ap為30mm，側(cè)壁最大切削寬度0.8mm，側(cè)壁和底面留余量0.3mm進行精加工。
3 車銑零件銑削程序編制過程
3.1 圖樣導(dǎo)入
工件圖樣導(dǎo)入系統(tǒng)，車銑零件的二維圖樣如圖2所示，需轉(zhuǎn)化為二維CAD模型。車削外圓程序使用西門子數(shù)控系統(tǒng)自帶的DXF Reader輪廓編輯器功能，該功能可實現(xiàn)工件圖樣到加工程序的快捷轉(zhuǎn)換，如圖3所示。
圖2 車銑零件二維圖樣
a）車削循環(huán)生成界面
b）輪廓生成界面
圖3 輪廓編輯器功能
3.2 圓柱體外表面型腔粗加工程序的編輯
（1）柱面轉(zhuǎn)換（TRACYL）在西門子數(shù)控系統(tǒng)中提供了一種柱面轉(zhuǎn)換編程的方式，控制系統(tǒng)將編程的進給指令從笛卡兒坐標系轉(zhuǎn)換到實際坐標系。利用TRACYL（d）柱面轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)會自動生成一個虛擬的Y軸，將柱面展開成平面進行編程。圖4所示就是以外部直徑D滾動的圓柱形成的編程平面Y-Z（G19）外表面，旋轉(zhuǎn)方向通過G2、G3定義。編程時只需要考慮X軸、Y軸和Z軸之間的關(guān)系，無需考慮主軸C的位置關(guān)系，系統(tǒng)自動進行轉(zhuǎn)換、編程時，其深度方向是X軸。
圖4 柱面轉(zhuǎn)換示例
圖5為使用X-C-Z運動在圓柱體外表面加工的示例，標準車床（無Y坐標軸）運動軸中，兩個線性軸XM、ZM相互垂直，旋轉(zhuǎn)軸CM與線性軸ZM平行 （圍繞線性軸ZM旋轉(zhuǎn)），線性軸XM與旋轉(zhuǎn)軸CM（車削中心）相交。
圖5 使用X-C-Z運動在圓柱體外表面加工示例
TRACYL功能可以通過TRACYL（d）在單獨的程序段中編程來激活，d為圓柱體的加工直徑 （mm）；通過TRAFOOF在單獨的程序段中編程來取消，TRAFOOF將取消任何有效的轉(zhuǎn)換功能。根據(jù)所編程的Y-Z路徑（直線或路徑），移動機床坐標軸ZM和CM，使得在圓柱體的外表面上可以通過銑刀進行輪廓加工，編程的X軸仍然作為X軸進給。
編寫圓柱體外表面型腔粗加工程序的步驟如下。
1）在程序編輯頁面依次編寫銑削工藝準備指令，具體如下。N14G54G19G95G40; 初始化銑削加工環(huán)境
N15T=”EN8”D1; φ8mm立銑刀
N16SETMS(3); 主軸（3）作為主主軸
N17 M3=3 S3=2000; 動力刀轉(zhuǎn)速2000r/min
N18 TRACYL(100); 激活柱面轉(zhuǎn)換，參考直徑為100mm
2）將圓柱體外表面輪廓在UGNX軟件中展開，如圖6所示。
a）三維結(jié)構(gòu)
b）二維展開
圖6 車銑零件外圓輪廓展開
3）編寫外圓輪廓型腔粗加工輪廓程序，因程序段較多，此處僅以輪廓A為例。在程序編輯頁面按“其它”，選擇“子程序”，調(diào)用“LKA1.SPF”為子程序，則可生成如下程序語句。
N22CALL “LKA1.SPF” 編輯輪廓子程序，首先需要在主程序文件夾建立文件名為“LKA1.SPF”的子程序，在程序編輯頁面選擇“輪廓銑削”進入其頁面，在右側(cè)按軟鍵“輪廓調(diào)用”，輸入輪廓名稱“LKA1”，按下“接收”，確認輪廓調(diào)用，在“輪廓銑削”→“型腔”下輸入圖7銑削循環(huán)輸入界面所示的工藝參數(shù)， 按下“接收”，確認型腔銑削工藝參數(shù)，在CYCLE63后輸入M17指令，子程序結(jié)束。程序如下。
圖7 銑削循環(huán)輸入界面
N2CYCLE62(“LKA1”,1,,)
N3CYCLE63(“ALK1”,11,200,50,5,5,0.1,0.1,20,8,0.2,0.2,1,0,0,4,1,15,1,2,””,1,,0,103,111)
N4 M17
其次，需要在數(shù)控系統(tǒng)中建立輪廓A，利用西門子數(shù)控系統(tǒng)自帶的DXF Reader輪廓編輯器功能， 將CAD生成的后綴名為dxf的文件拷入系統(tǒng)。在程序編輯頁面點擊“輪廓銑削”→“輪廓”→“新建輪廓”，按右側(cè)“從DXF導(dǎo)入”輸入輪廓名稱 LKA1，選擇拷入系統(tǒng)上的外圓輪廓文件，將指定參考點選擇為“元素中心”，選擇輪廓右側(cè)直線， 其工件編程原點就定在了與車削編程原點重合的位置。選擇輪廓A的一條邊，選擇模式設(shè)為“自動”，即可生成輪廓A的封閉輪廓并高亮顯示，最后按軟鍵“輪廓傳輸”接受型腔輪廓。生成的刀路如圖8所示，生成型腔輪廓的相關(guān)步驟如圖9所示。
圖8 生成的刀路
a）選擇編程原點
b）生成封閉輪廓
c）接受型腔輪廓
圖9 型腔輪廓生成步驟
（2）端面轉(zhuǎn)換（TRANSMIT）在車銑復(fù)合加工過程中經(jīng)常會用到端面轉(zhuǎn)換功能。經(jīng)過端面轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)會自動生成一個虛擬的Y軸。例如在端面上銑削一個四方，只需要進行X軸、Y軸位置編程，系統(tǒng)將自動進行轉(zhuǎn)換，大大簡化了編程難度?？刂葡到y(tǒng)將編程的進給指令從笛卡兒坐標系轉(zhuǎn)換到實際坐標系。端面轉(zhuǎn)換功能通過單獨程序段中的 TRANSMIT激活，通過TRAFOOF取消，TRAFOOF 將取消任何有效的轉(zhuǎn)換功能。
以圖10零件為例，使用TRANSMIT對車銑零件進行端面銑削加工，圖中X、Y、Z為編程端面加工的笛卡兒坐標系，ASM為第2主軸（用于銑刀、鉆頭的工作主軸），ZM為機床Z坐標軸（線性軸），XM為機床X坐標軸（線性），CM為C坐標軸（主主軸作為旋轉(zhuǎn)軸）。
圖10 使用TRANSMIT對車銑零件進行端面銑削加工示例
編寫銑削四方臺粗加工程序，西門子系統(tǒng)中提供了許多固定循環(huán)指令，只需簡單的幾步設(shè)置即 可實現(xiàn)程序的編輯。此零件的四方凸臺就用到了 CYCLE79多邊形凸臺銑削編程指令，在多邊形凸臺銑削循環(huán)參數(shù)輸入界面輸入圖11中的銑削工藝參數(shù)，即可生成圖例所需程序。
N36CYCLE79(100,-58,5,-30,4,83.2,0,0,0,0,100,0.8,30,0.3,0.3,0.1,0,1,1,2,100,1,101)
圖11 多邊形凸臺銑削循環(huán)參數(shù)輸入界面
（3）編寫程序結(jié)束指令程序如下。
N37 TRAFOOF; 取消轉(zhuǎn)換
N38 G0 X200 Z200 M5 M9
N39 M30
需要指出的是TRAFOOF取消轉(zhuǎn)換指令，在端面轉(zhuǎn)換TRANSMIT和柱面轉(zhuǎn)換TRACYL結(jié)束后都需指定一次，否則數(shù)控系統(tǒng)會報警。精加工程序只需在CYCLE63和CYCLE79循環(huán)中進行相應(yīng)更改即可，篇幅所限，在此不做介紹。車銑零件主程序如下，車銑零件加工模擬如圖12所示。
N1 WORKPIECE(,,, ” CYLINDER ”,0,0,- 283,-270,102); 定義毛坯直徑102mm，長283mm，裝夾－270mm
N3 G90 G54 G18 G95 G40; 初始化車削加工環(huán)境
N4 DIAMON; 激活直徑編程指令
N5 LIMS=2000; 主主軸轉(zhuǎn)速限值2000r/min N6 G0 X200 Z100 M8
N7 M4 G96 S100
N8 T=”ROUGHING_T80 A” D1; 刀片角度為80°外圓 車刀
N9 CALL “WYLK.SPF”; 調(diào)用車削外圓輪廓子程序
N10 G0 X200
N11 Z200 M5
N12 M9
N13 M0
MSG(“銑削輪廓程序"); 信息提示
N14 G54 G19 G95 G40; 初始化銑削加工環(huán)境
N15 T=”EN8” D1; φ8mm立銑刀
N16 SETMS(3); 主軸（3）作為主主軸
N17 M3=3 S3=2000; 動力刀轉(zhuǎn)速2000r/min
N18 TRACYL(100); 激活柱面轉(zhuǎn)換，加工直徑100mm MSG(“銑削輪廓B"）
N19CYCLE62(“LKB1”,0,,); 輪廓B
N20CYCLE63(“B1LK”,11,200,50,5,5,0.1,0.1,40,8,0.2,0.2,0,0,0,4,1,15,1,2,””,1,,0,103,111);輪廓腔銑削循環(huán)
N21CYCLE62(“LKB2”,0,,)
N22CYCLE63(“B2LK”,11,200,50,5,5,0.1,0.1,40,8,0.2,0.2,0,0,0,4,1,15,1,2,””,1,,0,103,111)
MSG(“銑削輪廓A"）
N23 CALL “LKA1.SPF”; 調(diào)用銑削輪廓A子程序
N24 CALL “LKA2.SPF”
MSG(“銑削輪廓C"） N25 CALL “LKC1.SPF” N26 CALL “LKC2.SPF” N27 TRAFOOF; 取消所有生效的轉(zhuǎn)換
N28 M0 M5
N29 M9
MSG(“銑削端面四方"）
N31 SETMS; SETMS不含主軸指定，切換回系統(tǒng)定義的主主軸上
N32 G0 X200 Z200
N33 T=”EN10” D1; φ10mm立銑刀
N34 SETMS(3)
N35 M3=3 S3=2000
N36 G0 X0 Z50
N37 TRANSMIT; 激活端面轉(zhuǎn)換
N38CYCLE79(100,-58,5,-30,4,83.2,0,0,0,0,100,0.8,30,0.3,0.3,0.1,0,1,1,2,100,1,101); 多邊形銑削循環(huán)
N39 TRAFOOF
N40 G0 X200 Z200 M5
N41 M9
N42 M30
圖12 車銑零件加工模擬
4 結(jié)束語
在使用端面轉(zhuǎn)換（TRANSMIT）和柱面轉(zhuǎn)換 （TRACYL）命令時，需要在加工程序中編寫相 關(guān)指令，向系統(tǒng)聲明當前需要轉(zhuǎn)換到銑削模式下工 作。常用指令包括SETMS（2）：動力刀頭作為主軸編程；TRANSMIT：端面轉(zhuǎn)換開始；TRACYL （d）：柱面轉(zhuǎn)換開始，其中d為圓柱工件直徑；TRAFOOF：轉(zhuǎn)換結(jié)束；M2=3 S2=1000：動力刀轉(zhuǎn)速1000r/min；MCALL：取消模態(tài)調(diào)用；FGROUP （Z1,C）：C軸與Z軸進行聯(lián)動插補。
SINUMERIK Operate DXF-Reader是西門子數(shù)控系統(tǒng)提供的，一個非常方便實用的圖樣加工輪廓讀取和編輯器，與SINUMERIK Operate輪廓編輯器以 及工藝循環(huán)配合使用，某種意義上相當于一個“不用后處理的二維CAM軟件”。從以上零件的編程可 知，整個工件的加工都可以使用這種輪廓加工的方法實現(xiàn)，由于在系統(tǒng)上使用了DXF編輯器，使工件圖樣直接轉(zhuǎn)化為了實際的加工程序，因此輪廓編輯大大簡化，極大地方便了操作人員的編程工作，提高了編程效率。使用西門子內(nèi)置的加工循環(huán)可以大大縮短程序的長度，減少現(xiàn)場編程的工作量，但在人機對話界面填寫數(shù)值時需注意數(shù)值的正負號。
