1 序言
車銑復合機床是機床大家族中一個重要的分支，其結構特征是將車床和銑床的優勢集合在一起，既能對高精度的回轉體進行車削，同時又能完成銑床才能完成的各種銑削工作。最常見的車銑復合機床是在車床的刀塔上安裝動力頭來完成回轉體零件的銑削任務[1，2]。西門子數控系統提供了一種端面轉換（TRANSMIT）和柱面轉換（TRACYL）的方法，將主軸的旋轉轉化為虛擬的X軸和Y軸， 使得車銑復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 圖樣主要技術要求與加工工藝
2.1 車銑零件圖樣主要技術要求
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，外圓表面輪廓內腔深度均為5mm，輪廓內腔曲線精度等級為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）快速去除型腔內部材料，每次吃刀量為5mm，側壁和底面留余量0.3mm進行精加工。銑削零件右端四方臺：用φ10mm立銑刀（EN10）粗銑，利用立銑刀側刃快速去除零件余量，背吃刀量ap為30mm，側壁最大切削寬度0.8mm，側壁和底面留余量0.3mm進行精加工。
3 車銑零件銑削程序編制過程
3.1 圖樣導入
工件圖樣導入系統，車銑零件的二維圖樣如圖2所示，需轉化為二維CAD模型。車削外圓程序使用西門子數控系統自帶的DXF Reader輪廓編輯器功能，該功能可實現工件圖樣到加工程序的快捷轉換，如圖3所示。
圖2 車銑零件二維圖樣
a）車削循環生成界面
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）柱面轉換（TRACYL）在西門子數控系統中提供了一種柱面轉換編程的方式，控制系統將編程的進給指令從笛卡兒坐標系轉換到實際坐標系。利用TRACYL（d）柱面轉換，系統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軸之間的關系，無需考慮主軸C的位置關系，系統自動進行轉換、編程時，其深度方向是X軸。
圖4 柱面轉換示例
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，旋轉軸CM與線性軸ZM平行 （圍繞線性軸ZM旋轉），線性軸XM與旋轉軸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換功能。根據所編程的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; 動力刀轉速2000r/min
N18 TRACYL(100); 激活柱面轉換，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）三維結構
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，在右側按軟鍵“輪廓調用”，輸入輪廓名稱“LKA1”，按下“接收”，確認輪廓調用，在“輪廓銑削”→“型腔”下輸入圖7銑削循環輸入界面所示的工藝參數， 按下“接收”，確認型腔銑削工藝參數，在CYCLE63后輸入M17指令，子程序結束。程序如下。
圖7 銑削循環輸入界面
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，需要在數控系統中建立輪廓A，利用西門子數控系統自帶的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。在程序編輯頁面點擊“輪廓銑削”→“輪廓”→“新建輪廓”，按右側“從DXF導入”輸入輪廓名稱 LKA1，選擇拷入系統上的外圓輪廓文件，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）端面轉換（TRANSMIT）在車銑復合加工過程中經常會用到端面轉換功能。經過端面轉換，系統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，系統將自動進行轉換，大大簡化了編程難度。控制系統將編程的進給指令從笛卡兒坐標系轉換到實際坐標系。端面轉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，西門子系統中提供了許多固定循環指令，只需簡單的幾步設置即 可實現程序的編輯。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參數輸入界面輸入圖11中的銑削工藝參數，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參數輸入界面
（3）編寫程序結束指令程序如下。
N37 TRAFOOF; 取消轉換
N38 G0 X200 Z200 M5 M9
N39 M30
需要指出的是TRAFOOF取消轉換指令，在端面轉換TRANSMIT和柱面轉換TRACYL結束后都需指定一次，否則數控系統會報警。精加工程序只需在CYCLE63和CYCLE79循環中進行相應更改即可，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; 初始化車削加工環境
N4 DIAMON; 激活直徑編程指令
N5 LIMS=2000; 主主軸轉速限值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; 動力刀轉速2000r/min
N18 TRACYL(100); 激活柱面轉換，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
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
N39 TRAFOOF
N40 G0 X200 Z200 M5
N41 M9
N42 M30
圖12 車銑零件加工模擬
4 結束語
在使用端面轉換（TRANSMIT）和柱面轉換 （TRACYL）命令時，需要在加工程序中編寫相 關指令，向系統聲明當前需要轉換到銑削模式下工 作。常用指令包括SETMS（2）：動力刀頭作為主軸編程；TRANSMIT：端面轉換開始；TRACYL （d）：柱面轉換開始，其中d為圓柱工件直徑；TRAFOOF：轉換結束；M2=3 S2=1000：動力刀轉速1000r/min；MCALL：取消模態調用；FGROUP （Z1,C）：C軸與Z軸進行聯動插補。
SINUMERIK Operate DXF-Reader是西門子數控系統提供的，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，由于在系統上使用了DXF編輯器，使工件圖樣直接轉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。使用西門子內置的加工循環可以大大縮短程序的長度，減少現場編程的工作量，但在人機對話界面填寫數值時需注意數值的正負號。
