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1矩陣式數(shù)控加工

1.1矩陣式數(shù)控加工方案的引入一方面為了能夠?qū)崿F(xiàn)多件零件同時(shí)裝夾，同時(shí)達(dá)到降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率的目的；另一方面為了擺脫成組加工過(guò)程中材料、加工程序、專用工裝、單次零件加工數(shù)量的限制，本文提出矩陣式數(shù)控加工。

1.2矩陣式數(shù)控加工可行性分析矩陣式數(shù)控加工：能夠進(jìn)行相同或不同零件的同時(shí)裝夾，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用每個(gè)零件對(duì)應(yīng)的加工原點(diǎn)和加工程序，進(jìn)行多零件同時(shí)加工的方法。矩陣式數(shù)控加工的難點(diǎn)在于：每個(gè)零件原點(diǎn)坐標(biāo)值的分配和不同零件間不同程序的調(diào)用問(wèn)題。采用子程序化（宏程序）方案，在加工每件零件前，先由系統(tǒng)子程序自動(dòng)將本零件的加工原點(diǎn)賦值到G54中，然后使用宏程序?qū)庸こ绦蜻M(jìn)行調(diào)用，直至完成所有零件的所有加工程序（表2）。

1.3矩陣式數(shù)控加工存在的優(yōu)勢(shì)（1）精益化多件零件的裝夾，節(jié)約裝夾時(shí)間。（2）減少零件原點(diǎn)找正的時(shí)間。（3）減少刀具更換的次數(shù)，減少次數(shù)為同時(shí)加工的零件的數(shù)量減一，比如同時(shí)加工10件零件，即減少9次刀具的更換。（4）減少加工程序的調(diào)用次數(shù)。（5）使用單件加工時(shí)的工裝、程序，節(jié)約了工裝和程序編制成本。（6）加工中零件的數(shù)量和零件的項(xiàng)目可按照生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。

2等距式矩陣加工（矩陣式數(shù)控加工在粗加工中的應(yīng)用）

2.1等距裝夾的實(shí)施方案（1）可調(diào)式多工位定位壓板（以下簡(jiǎn)稱定位壓板）。結(jié)構(gòu)：整體長(zhǎng)方體。該定位壓板按結(jié)構(gòu)功能區(qū)分，主要分為3個(gè)部分：兩端面設(shè)有與零件相接觸用于零件定位的基準(zhǔn)面；中間位置設(shè)有6個(gè)使用定位銷與機(jī)床鍵槽相配合的定位精孔；一端面上表面設(shè)有區(qū)分兩定位端面的錐度面，如圖1所示。用途一：3組定位精孔到兩端面的距離共形成6組尺寸，根據(jù)零件寬度的不同，選擇1組定位孔，保證零件在寬度方向的另一側(cè)，便于裝夾。使用兩組定位壓板，可以方便保證零件的直線度要求（否則由于零件的寬度不同，造成零件寬度的另一側(cè)，零件與T型槽腔的距離過(guò)遠(yuǎn)或者過(guò)近，都不方便壓板的裝夾）。用途二：使用定位壓板，配合百分表在機(jī)床上的等距移動(dòng)，來(lái)控制多個(gè)零件間的距離，可以保證零件在相同方向上的距離相同。（2）零件在X向的定位依靠定位壓板和機(jī)床（裝有百分表）的等距移動(dòng)。第一步，如圖2中等距裝夾過(guò)程圖所示，使用定位壓板，用兩個(gè)φ22的銷棒2，分別通過(guò)定位壓板1上定位孔5和定位孔7，插進(jìn)機(jī)床鍵槽內(nèi)，從而保證定位壓板1在長(zhǎng)度方向上與機(jī)床鍵槽平行，并且Y向固定，然后中間定位孔6使用螺釘或拉桿3將定位壓板1進(jìn)行壓緊，將百分表觸頭接觸到定位壓板1定位端面4，讀取百分表此時(shí)的讀數(shù)，從而固定了第一個(gè)定位壓板。圖3中零件1左側(cè)定位壓板，用來(lái)固定零件1的X向位置。第二步，根據(jù)零件在X向（或Y向）的間距，將機(jī)床連同百分表移動(dòng)一個(gè)X向（或Y向）間距，再次使用一個(gè)定位壓板1，使用兩個(gè)φ22的銷棒2，分別通過(guò)定位壓板1上定位孔5和定位孔7，插進(jìn)機(jī)床鍵槽內(nèi)，從而保證定位壓板1在長(zhǎng)度方向上與機(jī)床鍵槽平行，并且Y向固定，然后中間定位孔6使用螺釘或拉桿3將定位壓板1進(jìn)行壓緊，在壓緊的同時(shí)，調(diào)整定位壓板1在X向的位置，保證百分表的讀數(shù)與記錄值相同，來(lái)保證2個(gè)定位壓板在X（或Y向）向的位置相同。根據(jù)實(shí)際加工中，X向（或Y向）上零件的數(shù)量，來(lái)設(shè)置X向（或Y向）定位壓板的數(shù)量。本案例中X向設(shè)置5組，Y向設(shè)置4組，共計(jì)20個(gè)定位零件X向的定位壓板。圖3中，零件1~20左側(cè)定位壓板。（3）零件在Y向的定位：依靠定位壓板和機(jī)床等距的鍵槽。20件零件Y向的定位，根據(jù)零件的寬度，選擇定位壓板上適當(dāng)、方便零件裝夾的一組孔，所有定位壓板使用相同的一組定位孔。每個(gè)零件使用2個(gè)定位壓板，保證Y向定位和零件的直線度要求。利用等距的機(jī)床鍵槽和定位壓板來(lái)保證所有零件在Y向上的等距關(guān)系。20個(gè)零件X向和Y向使用的定位壓板如圖3所示。

2.2等距式矩陣加工方案的實(shí)施（以法那克系統(tǒng)為例）本文以某臺(tái)3坐標(biāo)龍門銑床為例，法那克系統(tǒng)，機(jī)床沒(méi)有刀庫(kù)，主要解決頻繁的裝夾、刀具和程序更換。（1）等距式矩陣加工加工流程。零件的裝夾：按照等距式裝夾方案，將定位壓板裝夾好后，每個(gè)零件的X、Y向的位置，以及零件的直線度即可滿足加工要求，僅僅首次加工時(shí)進(jìn)行定位壓板的裝夾，依序完成20個(gè)零件裝夾。主程序的設(shè)置：在主程序中設(shè)置第一個(gè)零件的原點(diǎn)坐標(biāo)值，X向和Y向上零件的數(shù)量和距離，從哪件零件開始加工等信息如表3所示。主程序的調(diào)用：主程序依次按照?qǐng)D3中零件的順序調(diào)用程序，進(jìn)行零件的生產(chǎn)。第一個(gè)零件加工完成后，自動(dòng)將原點(diǎn)坐標(biāo)偏移一個(gè)零件的距離加工第二個(gè)零件。根據(jù)零件的數(shù)量，完成多次重復(fù)自動(dòng)調(diào)用。當(dāng)首批20個(gè)零件加工完成后，用于零件X向和Y向定位的30個(gè)定位壓板位置保持不動(dòng)，僅取下用于壓緊固定的其他普通壓板，進(jìn)行零件的快速換裝。（2）等距式矩陣加工程序參數(shù)介紹。加工程序的設(shè)置。對(duì)于沒(méi)有刀庫(kù)的設(shè)備而言，每一個(gè)加工程序?qū)?yīng)一個(gè)主程序，在主程序內(nèi)將當(dāng)前加工程序的程序名稱輸入到參數(shù)#32中，主程序自動(dòng)根據(jù)零件的加工數(shù)量N，調(diào)用N次零件的加工程序。對(duì)于擁有刀庫(kù)的設(shè)備而言，僅設(shè)置一個(gè)主程序，加工過(guò)程中僅調(diào)用一個(gè)主程序即可實(shí)現(xiàn)對(duì)零件加工程序的多次調(diào)用。原點(diǎn)坐標(biāo)值的設(shè)置。首先將首件零件的加工原點(diǎn)X、Y、Z值找出，錄入到主程序參數(shù)#21、#22、#23中。零件加工時(shí)，主程序根據(jù)首個(gè)零件的原點(diǎn)坐標(biāo)值和零件間X向和Y向的間距，對(duì)每個(gè)零件的原點(diǎn)值自動(dòng)進(jìn)行等距偏移，完成每個(gè)零件原點(diǎn)坐標(biāo)值的計(jì)算和對(duì)G54的賦值工作。每次調(diào)用加工程序前，首先將對(duì)應(yīng)零件的原點(diǎn)值賦值到G54中，保證原點(diǎn)值和加工程序的一一對(duì)應(yīng)。零件的加工數(shù)量。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中零件的加工數(shù)量，分別將零件的加工總數(shù)量、X向的加工數(shù)量和Y向的加工數(shù)量輸入到參數(shù)#24、#28、#26中，便于程序加工過(guò)程中對(duì)每個(gè)零件原點(diǎn)坐標(biāo)值的計(jì)算工作。不能構(gòu)成矩陣零件的加工數(shù)量。當(dāng)零件加工到最后時(shí)，有可能零件的加工數(shù)量?jī)H剩余18件，按照Y向5個(gè)進(jìn)行計(jì)算，只能構(gòu)成3組，形成5×3的矩陣，剩余3個(gè)無(wú)法構(gòu)成矩陣，此時(shí)需要將剩余的3件輸入到參數(shù)#25中，系統(tǒng)自動(dòng)僅僅加工5×3+3個(gè)零件。零件在X向和Y向的間距。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中零件間的距離，分別將零件在X向的距離和Y向的距離輸入到參數(shù)#29、#27中，便于程序加工過(guò)程中對(duì)每個(gè)零件原點(diǎn)坐標(biāo)值的計(jì)算工作。從哪件零件開始加工。現(xiàn)實(shí)的加工過(guò)程中，有可能會(huì)遇到停電、設(shè)備故障等因素造成加工至中途的情況發(fā)生，此時(shí)再次從首件零件開始加工，有可能會(huì)影響零件的尺寸，并耽誤大量的加工時(shí)間。此時(shí)可以將從哪一件加工的信息輸入給#31（X向）和#30（Y向）參數(shù)。比如零件加工至X向第2、Y向第3個(gè)零件，僅僅輸入#31=2、#30=3，運(yùn)行程序后，程序自動(dòng)從X向第2、Y向第3個(gè)零件開始加工。

2.3等距式矩陣加工的優(yōu)點(diǎn)等距式矩陣加工優(yōu)點(diǎn)如表4所示。（1）多件零件同時(shí)裝夾，節(jié)約了大量裝夾準(zhǔn)備的時(shí)間，比如吊具、吊車、工具的準(zhǔn)備、工具的統(tǒng)一使用。（2）原點(diǎn)的找正僅找第一個(gè)零件，其余19個(gè)零件的原點(diǎn)值通過(guò)零件間的距離進(jìn)行等距偏置。（3）每把刀具交換后，一次性加工20個(gè)零件，從而節(jié)約大量的刀具交換時(shí)間，避免了暫停等待的時(shí)間。（4）每個(gè)主程序調(diào)用后，可以由主程序自動(dòng)調(diào)用20次零件的加工程序，從而節(jié)約了大量程序調(diào)用時(shí)間，避免了暫停等待的時(shí)間。

2.4等距式矩陣加工的適用范圍（1）機(jī)床工作平臺(tái)必須滿足裝夾多零件的要求。（2）進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)尤其適用。（3）僅適用于粗加工。（4）沒(méi)有工裝要求的精加工也可以應(yīng)用此方案，同時(shí)加工多個(gè)相同零件，但由于加工精度的要求，必須對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行原點(diǎn)找正，將每個(gè)零件的原點(diǎn)存在對(duì)應(yīng)的參數(shù)中，加工過(guò)程中有系統(tǒng)程序進(jìn)行調(diào)用。

3非等距式矩陣加工（矩陣式數(shù)控加工在精加工中的應(yīng)用）

等距式矩陣加工非常適用于多件相同零件粗加工的同時(shí)生產(chǎn)，但是對(duì)于有工裝要求的零件，裝夾多個(gè)意味著需要多套工裝，并且對(duì)于對(duì)原點(diǎn)值的精確度要求較高的精加工，以及不同零件同時(shí)加工時(shí)，等距式矩陣加工卻無(wú)法滿足要求，因此非等距式矩陣加工應(yīng)運(yùn)而生。

3.1非等距式矩陣加工的構(gòu)思零件生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有以下情況發(fā)生：（1）參與矩陣加工的零件需要使用專用工裝；（2）當(dāng)零件進(jìn)行精加工生產(chǎn)時(shí)，每個(gè)零件都需要精確的原點(diǎn)坐標(biāo)值，來(lái)保證零件的加工質(zhì)量；（3）當(dāng)零件的加工批量較小時(shí)，并且每項(xiàng)零件的加工數(shù)量不相同。上述情況下，等距式矩陣加工顯然不能夠滿足要求，因此需要非等距式矩陣加工具備以下功能。（1）允許相類似的多個(gè)零件同時(shí)裝夾、同時(shí)加工，避免對(duì)相同工裝的需求。（2）對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行原點(diǎn)找正，以保證精加工時(shí)零件的質(zhì)量。（3）允許小批量或單件零件融入矩陣式數(shù)控加工，提高矩陣式數(shù)控加工的靈活性。（4）必須有可靠的程序、刀具、原點(diǎn)等加工過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控，保證零件在加工過(guò)程中質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3.2非等距式矩陣加工案例分析本文以某臺(tái)5坐標(biāo)臥式加工中心（簡(jiǎn)稱設(shè)備B，西門子系統(tǒng)，設(shè)備帶有刀庫(kù)）為例，主要解決零件的頻繁裝夾和頻繁人為干預(yù)的問(wèn)題。（1）設(shè)備B原生產(chǎn)模式。從裝夾到零件原點(diǎn)的找正、數(shù)控銑削、鏜孔、凸臺(tái)下斷，再到零件的拆卸，基本上零件生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)都需要人為干預(yù)。現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)模式為：每項(xiàng)零件逐一完成后，再加工下一項(xiàng)零件，人為干預(yù)環(huán)節(jié)非常頻繁，影響生產(chǎn)效率的提升，造成勞動(dòng)強(qiáng)度較大，如圖4所示。（2）非等距式矩陣加工。對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行編制，使具備以下功能，4項(xiàng)相似零件同時(shí)進(jìn)行裝夾、原點(diǎn)找正、數(shù)控銑削、鏜孔、工藝凸臺(tái)下段、拆卸零件，如圖5所示。操作者僅僅調(diào)用一個(gè)主程序，由主程序控制零件的加工順序和原點(diǎn)坐標(biāo)的偏置，依次完成4項(xiàng)零件的生產(chǎn)。（3）采用矩陣式數(shù)控加工后的成效。此4項(xiàng)零件使用矩陣式數(shù)控加工后，絕大部分?jǐn)?shù)控銑削時(shí)間在晚上完成，每天早上接班時(shí)，數(shù)控銑削完成，操作人員進(jìn)行鏜孔、工藝凸臺(tái)下段、裝夾零件、原點(diǎn)找正等，將4項(xiàng)零件的人工干預(yù)項(xiàng)集中完成后，便可以進(jìn)行19h無(wú)人工干預(yù)數(shù)控自動(dòng)銑削，如圖6所示。

3.3非等距式矩陣數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)（1）主程序。現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，僅啟動(dòng)一個(gè)主程序即可進(jìn)入矩陣式數(shù)控加工，由設(shè)備系統(tǒng)子程序來(lái)控制每個(gè)零件原點(diǎn)的賦值和零件加工程序的調(diào)用順序，主程序如表5所示。（2）安全保障體系。為了保障零件數(shù)控加工過(guò)程的安全和可靠運(yùn)行，在系統(tǒng)中設(shè)置了程序防調(diào)錯(cuò)系統(tǒng)、刀具防錯(cuò)系統(tǒng)、原點(diǎn)防錯(cuò)系統(tǒng)等，系統(tǒng)一旦檢查出某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，便立即停止加工，避免給零件和設(shè)備帶來(lái)隱患。（3）靈活性保障體系。加工過(guò)程中，僅啟動(dòng)如表5所示一個(gè)主程序即可進(jìn)入矩陣式數(shù)控加工，每個(gè)零件原點(diǎn)的設(shè)置和程序的調(diào)用順序由預(yù)先編制好的系統(tǒng)程序來(lái)保證完成；允許4項(xiàng)、3項(xiàng)或2項(xiàng)零件同時(shí)進(jìn)行矩陣式數(shù)控加工；中止某項(xiàng)零件的生產(chǎn)：將需要中止的零件加工數(shù)量修改為0后，在保持其余零件加工的同時(shí)，便可中止加工此項(xiàng)零件的生產(chǎn)；從中斷處開始加工：當(dāng)設(shè)備故障、廠房暫停電等造成停工后，重新開啟機(jī)床加工，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)記錄當(dāng)前加工的零件和加工的工步程序，復(fù)查狀態(tài)正確后，僅啟動(dòng)當(dāng)前主程序，由系統(tǒng)自動(dòng)搜索程序加工的位置，系統(tǒng)自動(dòng)從中斷處開始加工零件；當(dāng)每個(gè)矩陣式加工中的每個(gè)零件工步設(shè)置與每個(gè)工步刀具相同時(shí)，矩陣式數(shù)控加工方案就可以按照工步優(yōu)先的原則，將所有零件的同一個(gè)工步加工完成后，再加工下一個(gè)工步，以便減少刀具的更換次數(shù)。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)多件相同（或不同）零件的集中裝夾，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)原點(diǎn)坐標(biāo)值進(jìn)行設(shè)置，以及自動(dòng)調(diào)用零件加工程序，完成相同（或不同）多個(gè)零件的自動(dòng)加工。在充分利用機(jī)床工作臺(tái)面的同時(shí)，節(jié)約大量的裝夾、找原點(diǎn)、換刀以及調(diào)用程序時(shí)間，達(dá)到降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、增加設(shè)備效能的目的。

作者：趙中剛黃果單位：中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司數(shù)控加工廠