盤類曲面圓弧零件的銑削工藝分析及零件加工

楊 旭， 陳志欣

(成都工貿職業技術學院， 四川 成都 611731)

目前相對較發達國家，如德國、日本和美國等國在計算機輔助軟件建模、虛擬加工、后置處理方面應用相當普及，但他們始終加大對手工編程力度，大力提倡數控宏程序的應用，作為一名優秀數控編程人員，有必要掌握宏程序的編制，它大大提高生產效率、降低生產成本和周期[1]。數控宏程序的算數和邏輯計算功能能自動計算出相應坐標值，免去人工進行繁瑣的坐標計算，適用于各種規則曲線公式，大大簡化加工程序、快捷和提高編程效率[2]。目前數控系統一般只提供直線和圓弧插補指令，當需要加工非圓曲線時，只能用許多微小直線段和圓弧段去逼近曲線，宏程序使用顯得簡單易行，同時也使程序變得簡化[3]。用數控機床的基本插補指令(直線插補和圓弧插補)在誤差允許的范圍內進行球面輪廓逼近加工[4]。

本研究為盤類曲面圓弧零件，為了能夠高效快速的完成曲面零件銑削加工，此次設計合理的銑削加工工藝，曲面部分選用宏程序編程，達到了快速高效銑削加工的目的。宏程序具有模塊化，也為以后加工類似的零件提供方便。

1 零件圖樣加工工藝分析

如圖1所示，該工件的材質為硬鋁。毛坯外形為150 mm×150 mm×50 mm的四面體，四面體相互平行，外形易于裝夾。選用精密平口鉗及墊鐵進行裝夾，并用千分表進行校驗。根據現有數控設備XK7140數控車(fanuc 0i系統)上進行加工。

(1)確定工藝基準：加工該工件時選擇底面為裝夾定位基準

銑正六邊形→銑Φ140圓柱外形×2 4mm→用中心鉆鉆Φ10銷孔、Φ55以及六個環形槽的定位孔→用Φ9.8鉆頭鉆孔→用Φ10鉸刀鉸孔→擴Φ55 mm孔→用Φ10銑刀銑環形槽→粗銑SR70曲面→精銑SR70曲面→鏜孔Φ55 mm。

2 曲面難點工藝分析

2.1 坐標值的計算

圖1 零件圖

表1 各切削參數

如圖2所示，已知OC=0B=0F=70 mm，AB=27.5 mm，AD=24 mm。求CD與OD的長度以及圓弧任意截面的表達式。

經過計算得OA=64.37 mm，OD=40.37 mm，CD=57.18 mm，則任一截面EF長度的表達式，根據上述公式可以計算出當前X的坐標點值，方便進行編程。

圖2 曲面坐標值計算

2.2 宏程序編程思路

若用MasterCAM、CAXA制造工程師等軟件來加工此零件，首先需對零件進行實體建模，其次進行刀具選擇及切削加工參數設置，生成刀路軌跡，最后生成相應的加工程序，若需修改切削參數則又需要重新生成刀路軌跡，這樣造成工作量大不利于提高零件加工效率。所以此次對曲面的加工需采用宏程序編程，用直線G01和圓弧G02/G03進行曲面圓弧逼近編程[4]，作與Z平面平行的平面，與曲面相切可得到一個整圓，可將Z軸作為變量ΔZ設置，曲面看成一串在Z向變化半徑的整圓。刀具在Z軸上用直線方式移動，在不同的高度執行圓弧切削加工即可。

3 Fanuc oi宏程序簡介及局部圓弧曲面加工宏程序

3.1 Fanuc oi宏程序簡介

在fanuc-0i數控系統中為用戶配備了強有力的類似于高級語言的宏程序功能，用戶可以使用變量進行算術運算、邏輯運算和函數的混合運算，宏程序還提供循環語句、分支語句和子程序調用，利于編制各種復雜的規則零件加工程序，減少手工編程時進行繁瑣的數值計算，以精簡程序量。變量、演算式和轉向語句的使用是用戶宏功能的核心[5]。

變量用“#”和緊跟其后的變量序號來表示。將跟隨在一個地址后的數值用一個變量代替，即引入了變量。算術運算符有+、-、*、/。條件運算符有NE(≠)、EQ(=)、GE(≥)、GT(>)、LE(≤)、LT(<)。函數運算有SIN(正弦)、COS(余弦)、SQRT(開平方)、TAN(正切)、ABS(絕對值)。

轉移格式：IF[ 條件表達式 ] GOTOn

表示如果指定的條件表達式滿足時，則轉移(跳轉)到標有順序號n的程序段。如果不滿足指定的條件表達式，則順序執行下個程序段。

WHILE循環格式：WHILE[條件表達式] Dom (m=1，2，3……)

……

……

ENDm

注意：轉移和循環語句可以進行多次嵌套，每個系統不一樣，需根據機床編程說明書進行確認后運用，Fanuc-0i系統可以進行3次嵌套。

3.2 局部圓弧曲面加工宏程序

O1234

N1 #1=70定義曲面的半徑

N2 #2=5 球頭銑刀半徑

N3 #3=0 dZ軸初始值

N4 #4=24 Z軸最終加工深度

N5 #5=64.37 Z軸初始值

N6 #6=27.5 X起始點位置

N7 G90 G80 G94 G40 G21 G17

程序初始化

N8 G54 G00 X[-#6] Y0 刀具起刀點

N9 Z20 安全高度

N10 M03 S1200 主軸正轉，轉速1 200 r/min

N11 WHILE [#3LE#4] DO1

如果#3≤#4，循環執行

N12 #7=#5-#3 當前Z坐標值

N13 #8=SQRT[#1*#1-#7*#7]

計算當前X坐標值

N14 #9=#8+#2 當前刀具X軸中心位置

N15 G01 X[-#9] Y0F100 以G01移到目標點

N16 Z[-#3] 移到當前加工深度

N17 G03 X[-#9] Y0 I[#9] J0 F200

以G03進行切削加工

N18 #3=#3+0.1 Z軸每次遞增量0.1

N19 END1 結束循環

N20 G00 Z50 抬刀

N21 M05 主軸停止

N22 M30 程序結束并返回開始

注意：(1)相似的曲面圓弧零件，只需要修改前面參數#1到#6，就可以快速加工次零件，而不需要全部重新編寫加工程序，這樣提高了加工效率。如果零件加工精度要求更高，則需要把Z軸每次遞增量0.1變得更小些。(2)其他數控系統需根據各數控編程說明書進行變量和循環語句的修改，不能自作主張。

3.3 零件加工結果

圖3為盤類曲面圓弧零件加工效果。用上述程序對零件曲面部分進行加工，程序短小、可讀性強、保證曲面加工精度，經檢測曲面部分弧度控制在0.02以內，表面粗糙度好。也為加工同類型曲面的零件提供了依據。

圖3 盤類曲面圓弧零件加工效果

4 結束語

合理銑削加工工藝路線設計和切削參數的選擇，有效的保證零件的尺寸精度和加工質量。宏程序短小、經濟、可讀性強、占內存小及靈活性解決曲面圓弧部分的加工，保證曲面加工精度，達到圖樣設計要求。也為今后相似類型的曲面零件加工提供參考和依據。