阅读说明：本技术 卧式镗铣加工中心工作台旋转后排气管坐标系的建立方法 (Method for establishing exhaust pipe coordinate system after rotation of horizontal boring and milling machining center workbench ) 是由 汤忠良 雷昂 魏海峰 胡磊 段真奇 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种卧式镗铣加工中心工作台旋转后排气管坐标系的建立方法,包括以下步骤:1)将排气管支撑在工作台上；2)将位置参考工装固定在排气管一侧；3)建立方法兰面中心B的工件坐标系；5)得出工装中心C的机械坐标Zc；6)得出工装中心C的机械坐标Xc；7)得出方法兰面中心B和位置参考工装中心C在X轴方向和Z轴方向的位置尺寸；8)将工作台逆时针旋转120°,得出圆法兰面中心A和工装中心C的位置尺寸；9)得出工装中心C的机械坐标Zc1；11)得出工装的中心C的机械坐标Xc1；12)建立圆法兰面中心A的工件坐标系。本发明简单易懂,操作简便,可提高工作效率。(The invention discloses a method for establishing a coordinate system of an exhaust pipe after a workbench of a horizontal boring and milling machining center rotates, which comprises the following steps of 1) supporting the exhaust pipe on the workbench; 2) fixing a position reference tool on one side of the exhaust pipe; 3) establishing a workpiece coordinate system of a center B of a square flange surface; 5) obtaining a mechanical coordinate Zc of the tooling center C; 6) obtaining a mechanical coordinate Xc of a tooling center C; 7) obtaining the position sizes of the center B of the square flange surface and the center C of the position reference tool in the X-axis direction and the Z-axis direction; 8) rotating the workbench by 120 degrees anticlockwise to obtain the position sizes of a center A of the circular flange face and a center C of the tool; 9) obtaining a mechanical coordinate Zc1 of the tooling center C; 11) obtaining a mechanical coordinate Xc1 of the center C of the tool; 12) and establishing a workpiece coordinate system of the center A of the circular flange face. The invention is simple and easy to understand, is simple and convenient to operate, and can improve the working efficiency.)

卧式镗铣加工中心工作台旋转后排气管坐标系的建立方法

技术领域

本发明涉及一种船用柴油发动机排气管的加工，尤其是一种排气管在卧式镗铣加工中心工作台旋转后坐标系的建立方法，属于数控加工技术领域。

背景技术

排气管是柴油中速发动机的重要零件之一，其质量好坏直接影响到柴油机的整机性能和使用寿命。如图1所示，排气管1上设有用于安装最后一缸气缸盖的锥口法兰11，用于安装其余气缸盖的方法兰12以及用于安装增压器的圆法兰13，其中方法兰面和圆法兰面的相位角β为60°，方法兰面的中心B和圆法兰面的中心A相互位置尺寸分别为L=575±0.01，H=393.8±0.10，公差小，精度高。

由于方法兰面和圆法兰面成60°相位角，既不平行也不垂直，普通机床在没有专用夹具的情况下根本无法加工。在数控加工中心，一种方法是在龙门五面加工中心工件不旋转附件头旋转，工装、设备投入成本高，另一种方法是在卧式镗铣加工中心工作台旋转，先确定卧式镗铣加工中心工作台的回转中心的机械坐标系，再确定方法兰面中心B的工件坐标系，最后通过编写宏程序来计算出成60°相位角圆法兰面中心A的工件坐标系，由于编写宏程序难度大，不直观，不是所有的工艺人员及机床操作者都能熟练掌握，操作难度较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低、操作简便的卧式镗铣加工中心工作台旋转后排气管坐标系的建立方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种卧式镗铣加工中心工作台旋转后排气管坐标系的建立方法，包括以下步骤:

1)将排气管的锥口法兰支撑在卧式镗铣加工中心的工作台上，同时将排气管的圆法兰端支撑在可调支撑架上，调节可调支撑架，使排气管中心线水平后，用压板压紧排气管两端上侧；

2）将位置参考工装固定安装在工作台上，位于排气管一侧；

3）在机床主轴一端装夹顶针，将顶针对齐排气管方法兰面的十字中心线划线，建立排气管方法兰面的中心B的工件坐标系G54：X0 、Y0 、Z0，对应机械坐标系为Xb、Yb、Zb；

4）利用排气管方法兰面的中心B的工件坐标系G54加工排气管方法兰面及相关孔；

5）在机床主轴一端装夹芯棒，用芯棒端面靠位置参考工装的立轴一侧，可得位置参考工装中心C相对应的机械坐标Zc；

6）用芯棒外圆靠位置参考工装的立轴外侧，可得位置参考工装中心C相对应的机械坐标Xc；

7）排气管方法兰面的中心B和位置参考工装的中心C在X轴方向的位置尺寸L2=Xb－Xc，在Z轴方向的位置尺寸L3=Zb－Zc；

8）将工作台沿逆时针方向旋转120°，使排气管的圆法兰面与机床主轴中心线垂直，A为排气管圆法兰面的中心，可得出此时排气管圆法兰面的中心A和位置参考工装的中心C之间的位置尺寸L4和L5分别为：

L4=L－L3

L5=L2－H

L和H分别为排气管的方法兰面中心B和圆法兰面中心A之间的位置尺寸；

9）以排气管圆法兰面的中心A和位置参考工装的中心C的连线为斜边作直角三角形ADC，利用L4和L5，通过三角函数的计算可得两条直角边AD和CD的边长；

10）用机床主轴上的芯棒端面靠位置参考工装的立轴一侧，可得位置参考工装中心C相对应的机械坐标Zc1；

11）用芯棒外圆靠位置参考工装的立轴外侧，可得位置参考工装的中心C相对应的机械坐标Xc1；

12）排气管圆法兰面的中心A在X轴方向的机械坐标Xa= Xc1－CD，Z轴方向的机械坐标Za= Zc1＋ AD，分别将X轴方向的机械坐标Xa设为0，Z轴方向的机械坐标Za设为0，建立排气管圆法兰面的中心A的工件坐标系G55：X0 、Z0，G55的工件坐标系Y0与排气管方法兰面的中心B的工件坐标系G54： Y0 相同；

13）利用排气管圆法兰面的中心A的工件坐标系G55加工排气管圆法兰面及相关孔。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的排气管在卧式镗铣加工中心工作台旋转后坐标系建立方法，其中所述的位置参考工装包括倒T形轴、数个安装块和数个双头螺栓，倒T形轴包括横边和立轴，倒T形轴支撑在工作台上，数个安装块间隔设置在工作台的T形槽内，数个双头螺栓下端分别穿过倒T形轴的横边旋合在对应的安装块上，数个双头螺栓上端分别通过螺母锁紧。

前述的排气管在卧式镗铣加工中心工作台旋转后坐标系建立方法，其中步骤2）中，位置参考工装的具***置可保证工作台旋转前后机床主轴上的芯棒能接触到位置参考工装的立轴即可。

前述的排气管在卧式镗铣加工中心工作台旋转后坐标系建立方法，其中步骤5）中所述的Zc为：

Zc=Z1－L1－D/2

Z1为机床主轴中心当前所对应的Z轴机械坐标值

L1为芯棒长度

D为位置参考工装的立轴直径。

前述的排气管在卧式镗铣加工中心工作台旋转后坐标系建立方法，其中步骤6）中所述的Xc为：

Xc =X1＋d/2＋D/2；

X1为机床主轴中心当前所对应的X轴机械坐标值

d为芯棒直径

D为位置参考工装的立轴直径。

前述的排气管在卧式镗铣加工中心工作台旋转后坐标系建立方法，其中步骤10）中所述的Zc1为：

Zc1 =Z11－L1－D/2

Z11为机械主轴中心当前所对应的Z轴机械坐标

L1为芯棒长度

D为位置参考工装的立轴直径。

前述的排气管在卧式镗铣加工中心工作台旋转后坐标系建立方法，其中步骤11）中所述的Xc1为：

Xc1 =X11－d/2－D/2

X11为机械主轴中心当前所对应的X轴机械坐标值

d为芯棒直径

D为位置参考工装的立轴直径。

本发明利用机床主轴上的顶针建立排气管方法兰面的中心B的工件坐标系，同时将工作台逆时针旋转一定角度后，先利用位置参考工装的中心C与排气管方法兰面的中心B之间的位置关系，通过计算得出排气管圆法兰面的中心A与位置参考工装的中心C之间的位置关系，然后通过机床主轴上的芯棒得出工作台旋转后位置参考工装的中心C的机械坐标，再将位置参考工装的中心C的机械坐标转换成排气管圆法兰面的中心A的机械坐标，通过设定即可建立排气管圆法兰面的中心A的工件坐标系。整个过程只需简单计算便可建立相应的工件坐标系，简单易懂，操作十分简便，工艺人员及机床操作者都能轻松掌握，可大大提高工作效率，同时还可有效保证排气管的加工质量。本发明适用于所有相互间成一定角度的各面的加工，使用范围广泛。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本发明排气管的结构示意图；

图2是本发明位置参考工装的结构示意图；

图3是排气管支撑在工作台上结构示意图；

图4是排气管方法兰面的中心B的机械坐标系示意图；

图5是用芯棒端面靠位置参考工装的立轴一侧的结构示意图；

图6是用芯棒外圆靠位置参考工装的立轴外侧的结构示意图；

图7是排气管方法兰面的中心B和位置参考工装的中心C的位置关系示意图；

图8是将工作台沿逆时针方向旋转120°后的结构示意图；

图9是用芯棒端面靠位置参考工装的立轴一侧的结构示意图；

图10是用芯棒外圆靠位置参考工装的立轴外侧的结构示意图；

图11是排气管圆法兰面中心A的机械坐标系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明所指的机床是卧式镗铣加工中心，专用工具是位置参考工装2。如图2所示，位置参考工装2包括倒T形轴21、两个安装块22和两个双头螺栓23，倒T形轴21包括横边211和立轴212，倒T形轴2支撑在工作台3上，两个安装块22间隔设置在工作台3的T形槽31内，两个双头螺栓23的下端分别穿过倒T形轴21的横边211旋合在对应的安装块22上，两个双头螺栓23的上端分别通过螺母24锁紧。

一种卧式镗铣加工中心工作台旋转后排气管坐标系的建立方法，包括以下步骤:

1)如图3所示，将排气管1的锥口法兰11支撑在卧式镗铣加工中心的工作台3上，同时将排气管1的圆法兰端支撑在可调支撑架4上，调节可调支撑架4，使排气管1的中心线水平后，用压板（图中未画出）压紧排气管1的两端上侧；

2）将位置参考工装2固定安装在工作台3上，位于排气管1一侧，位置参考工装2的具***置可保证工作台3旋转前后机床主轴上的芯棒6能接触到位置参考工装2的立轴212即可；

3）在机床主轴一端装夹顶针5，将顶针5对齐排气管1的方法兰面的十字中心线划线，建立排气管1的方法兰面的中心B的工件坐标系G54：X0 、Y0 、Z0，对应机械坐标系为Xb、Yb、Zb，如图4所示；

4）利用排气管1的方法兰面的中心B的工件坐标系G54加工排气管1的方法兰面及相关孔；

5）如图5所示，在机床主轴一端装夹芯棒6，用芯棒6的端面靠位置参考工装2的立轴212一侧，可得出位置参考工装2的中心C相对应的机械坐标Zc为：

Zc=Z1－L1－D/2

Z1为机床主轴中心当前所对应的Z轴机械坐标值

L1为芯棒6的长度

D为位置参考工装2的立轴直径；

6）如图6所示，用芯棒6的外圆靠位置参考工装2的立轴212外侧，可得位置参考工装2的中心C相对应的机械坐标Xc为：

Xc =X1＋d/2＋D/2

X1为机床主轴中心当前所对应的X轴机械坐标值

d为芯棒6的直径

D为位置参考工装2的立轴212的直径；

7）如图7所示，排气管1的方法兰面的中心B和位置参考工装2的中心C在X轴方向的位置尺寸L2=Xb－Xc，在Z轴方向的位置尺寸L3=Zb－Zc；

8）如图8所示，将工作台3沿逆时针方向旋转120°，使排气管1的圆法兰面与机床主轴中心线垂直，A为排气管圆法兰面的中心，由于排气管1的方法兰面的中心B与位置参考工装2的中心C之间的相对位置固定不变，则L2和L3已知且不变，可得出此时排气管1的圆法兰面的中心A和位置参考工装2的中心C之间的位置尺寸L4和L5分别为：

L4=L－L3

L5=L2－H

L和H分别为排气管1的方法兰面中心B和圆法兰面中心A之间的位置尺寸，具体为L=575，H=393.8；

9）以排气管1的圆法兰面的中心A和位置参考工装2的中心C的连线AC为斜边作直角三角形ADC，利用L4和L5，通过三角函数的计算可得两条直角边AD和CD的边长；具体如图8所示，设排气管1的圆法兰面中心A与位置参考工装2的中心C的连线AC和位置参考工装中心C的中心线之间的夹角为α，则：

tanα=L5/L4

α=arctan（L5/L4）

∠DCA=γ－α

γ=90°-60°=30°（其中60°为排气管圆法兰面与方法兰面的相位角）

在直角三角形ADC中AD=AC×sin∠DCA，CD= AC×cos∠DCA；

10）如图9所示，用机床主轴上的芯棒6的端面靠位置参考工装2的立轴212一侧，可得位置参考工装2的中心C相对应的机械坐标Zc1为：

Zc1 =Z11－L1－D/2

Z11为机械主轴中心当前所对应的Z轴机械坐标

L1为芯棒6的长度

D为位置参考工装2的立轴212的直径；

11）如图10所示，用芯棒外圆靠位置参考工装的立轴外侧，可得位置参考工装的中心C相对应的机械坐标Xc1为：

Xc1 =X11－d/2－D/2

X11为机械主轴中心当前所对应的X轴机械坐标值

d为芯棒6的直径

D为位置参考工装2的立轴212的直径；

12）如图11所示，排气管1的圆法兰面的中心A在X轴方向的机械坐标Xa= Xc1－CD，Z轴方向的机械坐标Za= Zc1＋ AD，分别将X轴方向的机械坐标Xa设为0，Z轴方向的机械坐标Za设为0，建立排气管1的圆法兰面的中心A的工件坐标系G55：X0 、Z0，G55的工件坐标系Y0与排气管1的方法兰面的中心B的工件坐标系G54： Y0 相同；

13）利用排气管1的圆法兰面的中心A的工件坐标系G55加工排气管1的圆法兰面及相关孔。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。