宏程序在曲面加工中的研究與應用

摘 要：當使用刀具半徑補償來完成環切時，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。

關鍵詞：環切；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、算術和邏輯運算及條件轉移，這使得編制相同的加工程序比傳統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，供循環調用。宏程序的應用離不開相關的數學知識，其中三角函數、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，可是應用了宏后，我們把橢圓公式輸入到系統中然后我們給出Z坐標并且每次加10um那么宏就會自動算出X坐標并且進行切削，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，一般應使用從下向上進刀來完成加工，此時主要利用銑刀側刃切削，表面質量較好，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。在數控加工中，行切和環切是典型的兩種走刀路線。行切在手工編程時多用于規則矩形平面、臺階面和矩形下陷加工，對非矩形區域的行切一般用自動編程實現。環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。

在半球曲面加工中，使用環切路線。環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，控制刀具從內向外或從外向內，一層一層去除工件余量，直至完成零件加工。如圖2。

編寫環切加工程序，需解決三個問題：

1、環切刀具半徑補償值的計算；

2、環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]。此算法走刀次數較多。先根據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，當刀尖沿圓弧運動時，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在該角的角平分線上（45°方向），當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生干涉即可。但在環切刀補程序中，下刀點與切削起點的距離應大于在上一步驟中確定的最大刀具半徑補償值，以避免產生刀具干涉報警。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結論

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

參考文獻：

[1] 唐治安，楊文源.用于CNC系統軌跡控制插補計算的新方法[D] ，2009.

[2] 邵俊鵬，董玉紅.機床數控技術[M].哈爾濱工業大學出版社，1996.

[3]Frederick，M，Proctro，James.Albus：Open-architecture，Controllers.IEEE Spectrumjune. 1997（2）.

作者簡介：

張紅（1979-），女，山東菏澤人，研究方向：數控加工技術。