輥軋類零件精加工方法探討

摘 要：輥軋類零件過渡曲面是復雜的非圓曲線曲面，輥軋類零件精加工一般采用數控加工。本文主要探討輥軋類零件數控加工程序編制中變量設置、數學模型建立、邏輯判斷語句的設立等問題。

關鍵詞：輥軋類零件；非圓曲線曲面；數控編程

輥軋類零件是指用軋制技術方法成型的機器零件的技術，是冶金軋制技術和機械技術的交叉、延伸與發展，輥軋類零件軋制技術是先進制造技術的重要組成部分，在我國得到了廣泛的應用。輥軋類零件毛坯接近最終成型零件的結構形狀，具有復雜的非圓曲線曲面。因此為了使輥軋類零件最終成型，掌握輥軋類零件復雜曲線曲面的精加工方法尤為重要。

對于復雜的曲線曲面精加工，一般采用數控機床加工技術。對于非圓曲線曲面而言，則采用宏程序編程（FANUC系統）或參數編程（SINUMERIK系統），即將變量（R參數）、數學模型和邏輯判斷語句引入加工程序。

一、輥軋類零件曲線曲面的程序設計

（一）有規則的非圓曲線曲面的程序設計

在對球、橢圓、雙曲線、拋物線等規則曲線，能建立統一的數學模型的線、面進行程序設計時，就要將數學模型兩個變量中的一個設置為自變量，另一個變量是隨著自變量變動而變動，也就是建立方程式；數控系統中有特定的符號表達這個變量，用這些特定的符號建立該曲線曲面的方程式；除此而外，還要計算出曲線曲面的起始點，設定步距；采用最簡單的直線段逼近法，或稍微復雜的圓弧逼近法，將加工程序設計出來。

（二）不規則的非圓曲線曲面的程序設計

對不規則曲線、曲面進行程序設計時，要先對曲線曲面特征判斷，將不同特征的曲線曲面分離出來，把這些連續的特征曲線曲面分段研究。如果有些特征是有規則的非圓曲線曲面，套用有規則的非圓曲線曲面方法進行程序設計。如果有些特征不是有規則曲線曲面，只能繪制出曲線重要節點的位置，得出一系列節點坐標數據，利用這些節點數據編制程序。

二、程序結構流程框圖設計

輥軋類零件數控加工程序是由數控系統編程語言書寫的一系列指令和程序段組成的，指令涉及到數控機床主運動、進給運動、輔助裝置開關、刀具、切削用量等，把這些內容用最簡潔方法描述，就是程序結構流程框圖。在對零件進行數控加工工藝分析后，在編寫程序之前，應先繪制程序結構流程框圖，它比文字表達更直觀、更容易檢查和調整。

程序結構流程框圖是用圖框、圖形和流程線組成，圖框是操作，圖形是算法，流程線表示各種邏輯關系，如執行順序、選擇、跳轉和循環條件的是否滿足。程序結構流程圖直觀性強，易于理解，易于檢查程序設計是否合理。

三、輥軋零件圖形的處理方法

圖形的處理是輥軋類零件編程重要環節，也是比較復雜、繁瑣的環節。輥軋類零件大部分都是非圓過渡曲線，包括有規則的圓錐二次曲線（如拋物線、橢圓、雙曲線）、阿基米德螺旋線、對數螺旋線等，以及繪制出來的節點得出來的曲線等。在編制非圓過渡曲線曲面的加工程序時，通過數學計算，用直線逼近和圓弧逼近方法，加入變量、數學模型、邏輯判斷語句來編制加工的子程序。

（一）直線逼近法

直線逼近法由各個線段組成，把每個線段端點選在曲線輪廓上，那么每個節點計算容易一些，有利于程序編制。但是要設計合理的線段長度，不要超過誤差范圍。

選擇線段長度和誤差有直接關系。一條曲線是由不同的曲率組成，同樣的線段長度對應的不同曲率上的圓弧形狀是不一樣的，那么帶來的誤差就不一樣；如果選擇相同的誤差，那么不同曲率上的圓弧所對應的線段長度是不一樣。所以要根據實際情況合理選擇線段長度和誤差大小。

1.等間距直線逼近法

沿坐標軸方向，把曲線按照將要加工的長度進行等分，計算出來等分后的各個節點坐標值。這樣做的目的是容易控制非圓曲線或立體型面的節點。直線逼近法是由許多直線段的折線構成的，會造成工件曲線曲面有棱點或棱線出現，這與工件設計的輪廓會有誤差，因此按照要求控制誤差范圍還是很有必要的。

2.等直線段逼近法

走刀路線是直線段，用多個直線段相對應的代替每段圓弧，并且每個直線段長度是相等的。

3.等誤差直線逼近法

如果首要任務是控制誤差，那么把每段圓弧誤差設定相同，走刀路線還是直線段，但是每個直線段長度是不一樣的。

（二）圓弧逼近法

圓弧逼近法由曲率圓法、三點圓法和相切圓法組成。三點圓法是在曲線上找到三個節點，并用這三個節點編制加工圓弧的程序。相切圓法是在曲線上找到四個節點，用這四個節點編制兩個圓弧的程序，并且這兩個圓弧是相切的。三個節點或者四個節點的坐標值是用直線逼近法求出的。曲率圓法是按照等誤差的原則，做圓弧逼近的，通過做出一個誤差圓，然后在誤差范圍內求出誤差圓與曲線交點，做出一個逼近圓。

四、結語

輥軋類零件過渡面一般是非圓曲線曲面，使用數控機床加工時，按照常規編程方法難以實現。宏程序編程是數控編程的高級手段，能夠實現非圓曲線曲面加工。探討宏程序編制中變量設置、數學模型建立、邏輯判斷語句的設立等問題對于提高數控加工質量和效率具有重要意義。

參考文獻：

[1] 陳海舟.數控銑削加工宏程序及應用實例[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2] 劉戰術.數控機床及其維護[M].北京：人民郵電出版社，2010.

作者簡介：

吳新佳（1965-），男，黑龍江齊齊哈爾人，鄭州鐵路職業技術學院機電工程系副教授，主要從事機械制造及數控加工技術的研究。