由線性圖形組成的復(fù)雜型面銑削編程方法分析

李建宏

（中國航發(fā)西控，陜西 西安 710068）

0 引言

數(shù)控加工中心設(shè)備的應(yīng)用實現(xiàn)了機械加工的自動化。為了保證數(shù)控加工質(zhì)量與效率，編程方法是基礎(chǔ)。復(fù)雜型面銑削的數(shù)控編程體現(xiàn)一定的特殊性。本文結(jié)合宏程序編程，分析了編程的方法。

1 宏程序簡介

1.1 宏程序的概念

宏程序是將一群具有特定功能的命令集合體，類似于子程序存儲于數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部存儲中。功能的實現(xiàn)借助命令的調(diào)用。在執(zhí)行程序時只需要調(diào)用相應(yīng)的命令，就可以執(zhí)行相應(yīng)的程序。所使用命令組合可以被稱為用戶宏指令。通常來說，編制數(shù)控程序中字表達為常量，此方法只能用于描述單一的幾何形狀，靈活性與通用性不足。而針對數(shù)控機床的使用產(chǎn)生了一種新的編程方法，宏程序編程。宏程序編程借助變量與用戶宏命令得以實現(xiàn)，可以用于不同變量間的操作執(zhí)行，可以結(jié)合需要靈活設(shè)置變量的數(shù)值。加工工藝類似的工序可集中于同組，借助變量提前編寫出用戶宏程序的主體部分。需要加工成批工件時，對于變量賦于實際參考值即可以實現(xiàn)，由于不需要再重新編程，可以提升加工效率。

1.2 宏程序的特點

宏程序是各類變量的組合，借助不同算術(shù)和邏輯運算，編制出能靈活運用的程序。宏程序借助變量，使具有特定功能的指令保存于存儲器中，利用程序來循環(huán)并存入相應(yīng)的指令，只需要改變變量的數(shù)值，即完成相應(yīng)的加工。宏程序體現(xiàn)出如下特點：

（1）編程更加方便、靈活。編程人員可結(jié)合需要靈活調(diào)用宏程序，結(jié)合加工中心的功能實現(xiàn)與數(shù)控操作系統(tǒng)的特點，結(jié)合工件的輪廓特點，建立加工模型，完成綜合編程。借助編程軟件可以自動生成相應(yīng)的程序，需要輸入幾何參數(shù)，才可以實現(xiàn)重復(fù)建立建模。加工時需要重新設(shè)置各類參數(shù)，重新生成數(shù)控程序，因此需要較長輔助時間[1]?；诤瓿绦虻臄?shù)據(jù)編程可以解決枯燥、乏味重復(fù)性工作存在的弊端，可以大幅縮短編程所用時間。

（2）程度占用的存貯空間小、并且數(shù)據(jù)傳輸速度快。自動編程軟件的應(yīng)用雖有優(yōu)勢，但是會生成多行的程序，導(dǎo)到可讀性差，并且需要較大的存儲空間。普通機床難以存下，只能采用 DNC進行在線加工，需要較長的傳輸?shù)臅r間。宏程序占用了較少的存貯空間，傳輸需要的時間短，可以消除自動編程的缺點，方便加工，體現(xiàn)出較強的操作性。

（3）加工可以保證高精度、高效率。編程軟件可以自動生成的數(shù)控加工程序，其應(yīng)用采用了逼近原則，即借助直線逼近圓弧實現(xiàn)近似加工。其不足是需要較長的運算時間，計算中還會存在誤差，后續(xù)需要采取措施處理誤差，產(chǎn)品的加工精度會受到一定的影響。宏程序通過直接調(diào)用指令的方式完成圓弧插補，螺旋插補等相關(guān)操作，刀具行走路徑的控制更加有效，體現(xiàn)出運算快、執(zhí)行效率高、加工精度高等優(yōu)勢。

2 復(fù)雜型面銑削編程要點

2.1 刀位點的合理選擇

刀位點是會發(fā)生變化的，不同銑刀的刀位點存在差異，如針對盤銑刀，要考慮到其刀位點位于平面與圓柱面的交點上。針對立銑刀，其刀位點位于平面與刀具軸線的交點上。在銑削編程前，要結(jié)合工件的特點與加工需要合理選擇銑刀，結(jié)合銑刀類型，確定刀位點的位置[2]。

2.2 綜合考慮零件的尺寸公差

在數(shù)據(jù)加工中，不同零件的尺寸公差有一定的差異，使用相同類型刀具如果按照規(guī)定尺寸編程，規(guī)范性會受到影響。解決此類問題，需要圖示標注的公差尺寸加以調(diào)整，還要優(yōu)化非對稱公差，再完成編程；還可分析圖紙中的封閉尺寸，明確累計誤差，此方法可以保證編程后的加工誤差得以控制；還可適當調(diào)整原尺寸，分析封閉式尺寸的定位基準，調(diào)整原孔距的標注尺寸。

2.3 防止過切的發(fā)生

在數(shù)控銑削加以中可發(fā)現(xiàn)，過切現(xiàn)象易于發(fā)生。銑刀常常過量切削，影響到零件的精度，嚴重時導(dǎo)致加工零件報廢。針對過切現(xiàn)象的控制，可采用多種方法避免過切問題的發(fā)生。如對于內(nèi)角交界處加工時的過切問題，要意識到此類過切現(xiàn)象的發(fā)生是因為刀具軌跡在拐角處有了變化，原有的穩(wěn)定速度發(fā)生改變，又不能控制，由于慣性作用而發(fā)生過切。銑刀到達內(nèi)角，接觸面積會增加，切削力度會增加，刀具由于變形而發(fā)生過切。對于這種問題的解決，要選擇剛性強的刀具，雖然刀具的改變會增加加工成本，但是可以保證加工質(zhì)量，能降低加工的綜合成本。

2.4 確定合理的加工路線

確定加工工序后，加工路線的設(shè)計要結(jié)合相應(yīng)的工序的特點，保證合理性。針對加工路線的選擇，要綜合考慮影響因素。如零件的精度要求，還要綜合考慮到同等條件下，采用逆

銑加工難以保證精度，針對精加工時要盡可以選擇順銑加工；要盡可能縮短程序執(zhí)行中的走刀路線，還要控制空刀時間，如果需要加工多個孔，要保證不同點的刀具運行總路線最短。數(shù)控編程還要保證切入點的合理性。工藝設(shè)計要科學(xué)控制走刀路線，力求設(shè)計出最短走刀路線，以提高整體的加工效率。走刀路線采用的一般原則是：零件的加工精度與表面粗糙度要保證設(shè)計要求；走刀路線要縮短，減少進退刀時間以及輔助時間；易于數(shù)值計算，簡化編程工作量；盡量減少程序段數(shù)[3]。

2.5 保持切削精度

在零件加工時，加工工藝的分析要依據(jù)由淺入深、由粗到精的原則，要結(jié)合粗加工逐步精加工，工藝設(shè)計要保證加工零件的精度與速度的要求，以發(fā)揮數(shù)控加工高精度的優(yōu)勢。加工前對先對零件粗加工，粗加工要控制切削量，保證加工余量的合理，以減少精加工的切削次數(shù)，以達到提高數(shù)控加工效率的目標。粗加工后如有必要還要實施半精加工，零件留有過多余量的粗加工進行后如果不能保證尺寸的均勻性，要采用半精加工保證加工余量的合理。精加工要盡可能采用一刀形成的加工方式，在粗加工時要合理控制余量，還要考慮到出刀位置，防止切削力變化引發(fā)加工件表面存在劃痕。數(shù)控加工要依據(jù)粗到精的原則，合理選擇工藝，以保證加工的精細度，提高加工質(zhì)量。工藝設(shè)計要依據(jù)就近的基本原則，加工位置與吃刀距離要合理控制。加工工藝設(shè)計采用就近加工原則先要加工距離刀具最近的部位，再考慮離刀具較遠的位置，工藝設(shè)計要能減少刀具移動距離，降低刀具調(diào)作次數(shù)，還可以防止由于刀具移動中產(chǎn)生摩擦存在的熱傳遞問題，可以保證刀尖的韌性，有利于避免加工零件時表面有粗糙紋理存在。依據(jù)就近原則的加工工藝設(shè)計，還能保證半成品的剛性，可以提高效率[4]。

3 采用宏程序加工實例

在實際加工中，分層切削較為普遍，考慮到刀具承受載荷的限制，針對加工深度大的工件，都要多層加工，這會增加加工時間。借助宏程序編程，將深度變?yōu)樽兞?，機床會自動完成深度的遞減，實現(xiàn)整個輪廓的加工。采用直接進給的方式，避免抬刀，可以減少切削的時間，提高了加工效率。具體舉例說明利用宏程序加工復(fù)雜型面。如下加工件，兩個半圓柱面需要借助加工中心[5]。

如圖1所示，該型面由兩個半圓柱，一個平面及45°錐面組成。編程前先構(gòu)思走刀軌跡，建立數(shù)學(xué)模型，如圖2所示。加工工序結(jié)合對零件圖的分析，分析工件的外形結(jié)構(gòu)，須加工部位的形狀、尺寸精度要求與表面粗糙度；了解加工部位不同尺寸的相對位置和尺寸精度；分析工件材料的特點及其他技術(shù)要求。明確工件經(jīng)加工后要達到的標準，包括主要加工尺寸以及重要位置的尺寸精度。分析外形尺寸、在工件的結(jié)構(gòu)及其他連接部位的相對關(guān)系等。針對復(fù)雜工件或較難以確定工藝基準的零件，要詳細分析裝配圖，了解該零件的使用特點，綜合分析工件的工藝基準。研究制定工藝方案的前提是熟悉機床設(shè)備條件，把加工內(nèi)容分配給最適宜的工序，盡可能提高機床的加工特長，保證使用效率。工藝設(shè)計要分析零件圖的加工要求，加工順序要合理安排。加工順序的安裝方法是先安排工件上基準部位，然后加工其他部位，重點是安排工件工藝基準面的加工工序。結(jié)合工件加工批量，分析加工工序，充分估計加工中會發(fā)生的各類問題，有針對性地予以解決。編程時選用的刀心軌跡，對刀完成后要加入刀具半徑補償。倒角與倒圓角可以采用變量來實現(xiàn)刀具補償，在每次改變刀補會有空刀，在一定程度上影響了加工效率，但其編程方法簡單，在同類型倒角與倒圓角時可直接調(diào)用宏程序，只要改變子程序就可以，因此其適用性較為廣泛。

圖1 加工件的結(jié)構(gòu)

圖2 刀具軌跡（白色線）

圖3是圖2的局部放大圖，根據(jù)數(shù)學(xué)模型設(shè)立宏程序變量：

圖3 刀具軌跡放大圖

4 結(jié)語

使用加工中心進行機械加工時，要保證加工質(zhì)量與加工效率，編程是基礎(chǔ)。宏程序體現(xiàn)出簡潔、方便的特點。針對復(fù)雜型面的銑削編程要解決刀位點的合理選擇，綜合考慮零件的尺寸公差等相關(guān)因素，保證加工路徑的合理，體現(xiàn)出數(shù)控加工的優(yōu)勢。