宏程序在曲面加工中的研究與應(yīng)用

摘 要：當(dāng)使用刀具半徑補償來完成環(huán)切時，不管我們采用何種方式修改刀具半徑補償值，由于受刀補建、撤的限制，它們都存在走刀路線不夠簡潔，空刀距離較長的問題。對于一般輪廓，其刀具中心軌跡很好計算，此時如用宏程序直接計算中心軌跡路線，則可簡化走刀路線，縮短空刀距離。

關(guān)鍵詞：環(huán)切；宏程序；曲面加工

0引言

宏程序是一種類似于高級語言的編程方法，它允許用戶使用變量、算術(shù)和邏輯運算及條件轉(zhuǎn)移，這使得編制相同的加工程序比傳統(tǒng)的編程方式更加方便，同時也可將某些相同加工操作用宏指令編制成通用程序，供循環(huán)調(diào)用。宏程序的應(yīng)用離不開相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，其中三角函數(shù)、解析幾何是最主要、最直接的。就是用公式來加工零件的，比如說橢圓，如果沒有宏的話，我們要逐點算出曲線上的點，然后慢慢來用直線逼近，如果是個光潔度要求很高的工件的話，那么需要計算很多的點，可是應(yīng)用了宏后，我們把橢圓公式輸入到系統(tǒng)中然后我們給出Z坐標(biāo)并且每次加10um那么宏就會自動算出X坐標(biāo)并且進行切削，實際上宏在程序中主要起到的是運算作用。對簡單平面曲線輪廓進行加工，是采用小直線段逼近曲線來完成的。具體算法為：采用某種規(guī)律在曲線上取點，然后用小直線段將這些點連接起來完成加工。

1球面加工

加工如圖1所示球面，使用的刀具：粗加工可以使用鍵槽銑刀或立銑刀，也可以使用球頭銑刀。精加工應(yīng)使用球頭銑刀。

球面加工的走刀路線，一般使用一系列水平面截球面所形成的同心圓來完成走刀。在進刀控制上有從上向下進刀和從下向上進刀兩種，一般應(yīng)使用從下向上進刀來完成加工，此時主要利用銑刀側(cè)刃切削，表面質(zhì)量較好，端刃磨損較小，同時切削力將刀具向欠切方向推，有利于控制加工尺寸。在數(shù)控加工中，行切和環(huán)切是典型的兩種走刀路線。行切在手工編程時多用于規(guī)則矩形平面、臺階面和矩形下陷加工，對非矩形區(qū)域的行切一般用自動編程實現(xiàn)。環(huán)切主要用于輪廓的半精、精加工及粗加工，用于粗加工時，其效率比行切低，但可方便的用刀補功能實現(xiàn)。

在半球曲面加工中，使用環(huán)切路線。環(huán)切加工是利用已有精加工刀補程序，通過修改刀具半徑補償值的方式，控制刀具從內(nèi)向外或從外向內(nèi)，一層一層去除工件余量，直至完成零件加工。如圖2。

編寫環(huán)切加工程序，需解決三個問題：

1、環(huán)切刀具半徑補償值的計算；

2、環(huán)切刀補程序工步起點（下刀點）的確定，如圖2；

3、如何在程序中修改刀具半徑補償值。

2進刀控制算法

進刀點的計算，如圖3。

先根據(jù)允許的加工誤差和表面粗糙度，確定合理的Z向進刀量，再根據(jù)給定加工深度Z，計算加工圓的半徑，即：r=sqrt[R2-z2]。此算法走刀次數(shù)較多。先根據(jù)允許的加工誤差和表面粗糙度，確定兩相鄰進刀點相對球心的角度增量，再根據(jù)角度計算進刀點的r和Z值，即Z=R*sinθ，r=R*cosθ。

進刀軌跡的處理：對立銑刀加工，曲面加工是刀尖完成的，當(dāng)?shù)都庋貓A弧運動時，其刀具中心運動軌跡也是一行徑的圓弧，只是位置相差一個刀具半徑。

對球頭刀加工，曲面加工是球刃完成的，其刀具中心是球面的同心球面，半徑相差一個刀具半徑。

對于封閉輪廓的刀補加工程序來說，一般選擇輪廓上凸出的角作為切削起點，對內(nèi)輪廓，如沒有這樣的點，也可以選取圓弧與直線的相切點，以避免在輪廓上留下接刀痕。在確定切削起點后，再在該點附近確定一個合適的點，來完成刀補的建立與撤消，這個專用于刀補建立與撤消的點就是刀補程序的工步起點，一般情況下也是刀補程序的下刀點。一般而言，當(dāng)選擇輪廓上凸出的角作為切削起點時，刀補程序的下刀點應(yīng)在該角的角平分線上（45°方向），當(dāng)選取圓弧與直線的相切點或某水平/垂直直線上的點作為切削起點時，刀補程序的下刀點與切削起點的連線應(yīng)與直線部分垂直。在一般的刀補程序中，為縮短空刀距離，下刀點與切削起點的距離比刀具半徑略大一點，下刀時刀具與工件不發(fā)生干涉即可。但在環(huán)切刀補程序中，下刀點與切削起點的距離應(yīng)大于在上一步驟中確定的最大刀具半徑補償值，以避免產(chǎn)生刀具干涉報警。加工圖1所示外球面。為對刀方便，宏程序編程零點在球面最高點處，采用從下向上進刀方式。

3外球面加工

加工圖1所示外球面。為對刀方便，宏程序編程零點在球面最高點處，采用從下向上進刀方式。立銑刀加工宏程序號為%0001，球刀加工宏程序號%0002。

4結(jié)論

用戶宏程序功能允許使用變量、算術(shù)和邏輯運算、以及條件分支控制，這便于普通加工程序的發(fā)展，如發(fā)展成打包好的自定義的固定循環(huán)。加工程序可利用一簡單的指令來調(diào)用宏程序，就像使用子程序一樣。達到高速、精準(zhǔn)切削。

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作者簡介：

張紅（1979-），女，山東菏澤人，研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。