圓柱體側孔相貫線倒角宏程序

■德州聯合石油機械有限公司（山東 253034）侯祖剛 白廣遼

機械加工中，經常會遇到圓柱體表面沿圓周分布的側孔，孔口呈相貫線形狀，為了便于裝配和操作安全，一般要進行倒角或圓角過渡處理。圓柱體側孔相貫線倒角，至今沒有成熟的切削加工方法。工人師傅一般采用手工修磨倒鈍的方法，效率低，精度也沒有保證。本人通過實踐和摸索，歸納總結了相貫線的幾何性質和特征規律，以此為基礎，編制了倒角宏程序，利用數控銑床曲面加工優勢，順利完成相貫線倒角的銑削加工。技術交流，希望對大家有所幫助。

1.加工方案

國外的一批零件（見圖1），圓柱體上分布有兩個正交的側孔。圖樣要求孔口保留3 mm×45°倒角和R5 mm圓角，用戶要求特別苛刻，每一個加工環節，都嚴格按圖樣檢驗。相貫線倒角一度成為制約生產的瓶頸，靠手工打磨拋光的方法明顯達不到圖樣要求。工藝人員第一時間想到的加工方案就是利用數控設備銑削倒角，從理論上講，圓柱體側孔相貫線是一圈有規律的空間三維曲線，三軸聯動的數控銑床或者加工中心完全可以加工。現實情況是公司現有的數控系統都不具備相貫線插補功能，自動編程需要正版的CAM軟件和專用的后處理模塊，少則十幾萬元的費用，企業一次性投資太大。從生產實際出發，充分利用FANUC系統內置的宏程序功能，完成相貫線倒角的描述和定義，是手工編程的關鍵。

2.編程思路

圖1 零件立體圖

圖2 側孔相貫線編程示意圖

由工件三視圖（見圖2）可以看出，圓柱體側孔相貫線為前后左右對稱的封閉空間曲線，相貫線的投影在XY平面是一個完整的內孔圓，在YZ平面是一段高低起伏的橢圓弧曲線，兩者結合，很難用簡捷的數學方程式來表達，即使設計人員繪圖時也要采用描點連線的近似畫法，相貫線倒角，的確不是一件容易的事。我們可以借助計算機繪圖軟件。將相貫線轉化為不同視角的圖形，引導啟發編程員的創新思維和破解能力。編程的第一步是尋找突破口，正確定義相貫線的輪廓路徑。靜下心來，站在數控加工的角度重新審視相貫線的幾何特征，逐一分析，各個擊破，會發現事情并沒有想象中的那么復雜。編程的難點，并不在于相貫線的曲率公式和計算方法，而在于編程者如何對加工路徑進行合理的認識和分解。本例中宏程序的編程思路，是以XY平面的側孔圓角度為單位，將相貫線等分成120段三維線段，以變量控制數控機床的三個坐標軸沿三維線段移動，對變量賦值并設置相互之間的參數方程和邏輯關系，這樣就完成了宏程序的主題和框架，仔細觀察，會發現相貫線上每一點所對應的坐標位置都有著必然的聯系，根據相貫線的投影特征，刀具在XY平面按圓弧插補編程，以側孔圓起始角度為自變量，每增加3°，移動一個R25 mm圓弧線段，圓弧終點隨著起始角度的遞增不斷變化，最終描述出一條φ50 mm的整圓軌跡。在右側YZ截面視圖中，X軸與圓柱體軸線重合，Z軸與Y軸保持唯一的函數關系，編程中可以根據圓柱體半徑和Y軸變量值，運用勾股定理幾何公式，計算出相貫線上任意一點的Z向坐標值。XY平面的圓弧進給與Z軸聯動，執行標準的螺旋線段插補，120段螺旋線段首尾相連，循序漸進，即可完成相貫線路徑的編制。

3.3 mm×45°倒角宏程序

45°倒角有專用的成形銑刀，倒角時利用刀具的45°側刃，以“線接觸”的切削方式銑削倒角，編程員只需定義倒角深度和相貫線的輪廓路徑，輸出一圈的加工軌跡即可。實際加工時操作者以靠近相貫線的刀尖為對刀基準，視情況調整刀具的補償值即可控制倒角尺寸的大小。下面程序以圓柱體軸線和側孔中心為G54加工坐標系零點，選用φ20 mm倒角立銑刀，以軸向刀尖為刀位點，沿相貫線輪廓加工倒角（見圖3）。

變量設置：#1=0（側孔圓起始角度值），#2=3 （角度步進值），#3=3 (倒角尺寸)，#18=25(側孔半徑值)，#19=50 (圓柱體半徑值)。

4.R5mm圓角宏程序

與45°倒角相比，倒圓角的難度更大，很難找到專用的刀具。只能借用合適的球頭銑刀進行三維銑削，編程思路是將YZ平面的R5mm圓角，按圓心角度等分為45份，按照球刀切削刃與圓角保持“切點接觸”的加工方式，自下而上分層銑削，每層以切削點的起始角度為自變量，控制球刀中心編程軌跡，偏離相貫線輪廓一定的距離。隨著起始角度的增加，球刀沿不同的相貫線輪廓逐層銑削，用曲線編織曲面的原理擬合圓角，編程時必須將圓角過渡和相貫線輪廓聯系在一起綜合分析，疊加相關的變量，重新確定變量之間的函數關系和數學方程式。下面程序以圓柱體軸線和側孔中心為G55加工坐標系零點，選用φ10 mm球頭立銑刀，以球心為刀位點，直接按刀具中心軌跡編程，沿相線輪廓銑削R5mm圓角（見圖4）。

變量設置：#1=0（XY平面相貫線起始角度值），#2=3（相貫線角度步進值），#3=5 (孔口圓角半徑值)，#7=5 (球頭銑刀半徑值)，#11=0（YZ平面R5mm圓角起始角度值），#12=2 (R5mm圓角分層銑削角度步進值），#18=25 (側孔半徑值）#19=50 (圓柱體半徑值)。

圖3 倒角編程示意圖

圖4 圓角編程示意圖

5.加工誤差分析

本例中宏程序以120份螺旋線段定義圓柱體側孔相貫線軌跡，刀具在XY平面以R25 mm圓弧擬合ф50 mm整圓，不存在輪廓誤差，在YZ平面以正余弦曲線擬合橢圓曲線，誤差均布在等分線段內，對倒角尺寸的影響很小，完全可以滿足加工要求。圓角曲面加工中，球頭銑刀最大的特點就是圓滑過渡，根據曲線擬合曲面的經驗，使用和圓角半徑相近的球頭銑刀，可以最大限度地減小刀痕，銑削過程中選擇合適的切削用量和進退刀方式，兼顧加工效率，即可以獲得很好的表面粗糙度值。

6.結語

通過程序模擬和加工驗證，圓柱體側孔相貫線倒角取得了很好的加工效果，形狀精度和倒角尺寸基本上符合圖樣要求，得到了用戶的認可。與軟件編程相比，本例中宏程序的最大優勢在于隨機應變，打破直線段擬合曲線的傳統觀念，靈活運用螺旋線段擬合相貫線輪廓，將誤差控制在最小的范圍內，具有很高的實用價值。當工件尺寸和刀具規格改變時，只需更改相應的變量值，即可達到通用的目的。內孔相貫線倒角方法與之大體相同，需要專用的T形刀具，編程難度更大一些，以后再做詳述。

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