由線性圖形組成的復雜型面銑削編程方法分析

李建宏

（中國航發西控，陜西 西安 710068）

0 引言

數控加工中心設備的應用實現了機械加工的自動化。為了保證數控加工質量與效率，編程方法是基礎。復雜型面銑削的數控編程體現一定的特殊性。本文結合宏程序編程，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控系統的內部存儲中。功能的實現借助命令的調用。在執行程序時只需要調用相應的命令，就可以執行相應的程序。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。而針對數控機床的使用產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，可以用于不同變量間的操作執行，可以結合需要靈活設置變量的數值。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，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，利用程序來循環并存入相應的指令，只需要改變變量的數值，即完成相應的加工。宏程序體現出如下特點：

（1）編程更加方便、靈活。編程人員可結合需要靈活調用宏程序，結合加工中心的功能實現與數控操作系統的特點，結合工件的輪廓特點，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的程序，需要輸入幾何參數，才可以實現重復建立建模。加工時需要重新設置各類參數，重新生成數控程序，因此需要較長輔助時間[1]。基于宏程序的數據編程可以解決枯燥、乏味重復性工作存在的弊端，可以大幅縮短編程所用時間。

（2）程度占用的存貯空間小、并且數據傳輸速度快。自動編程軟件的應用雖有優勢，但是會生成多行的程序，導到可讀性差，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，需要較長的傳輸的時間。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控加工程序，其應用采用了逼近原則，即借助直線逼近圓弧實現近似加工。其不足是需要較長的運算時間，計算中還會存在誤差，后續需要采取措施處理誤差，產品的加工精度會受到一定的影響。宏程序通過直接調用指令的方式完成圓弧插補，螺旋插補等相關操作，刀具行走路徑的控制更加有效，體現出運算快、執行效率高、加工精度高等優勢。

2 復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，要結合工件的特點與加工需要合理選擇銑刀，結合銑刀類型，確定刀位點的位置[2]。

2.2 綜合考慮零件的尺寸公差

在數據加工中，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定尺寸編程，規范性會受到影響。解決此類問題，需要圖示標注的公差尺寸加以調整，還要優化非對稱公差，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；還可適當調整原尺寸，分析封閉式尺寸的定位基準，調整原孔距的標注尺寸。

2.3 防止過切的發生

在數控銑削加以中可發現，過切現象易于發生。銑刀常常過量切削，影響到零件的精度，嚴重時導致加工零件報廢。針對過切現象的控制，可采用多種方法避免過切問題的發生。如對于內角交界處加工時的過切問題，要意識到此類過切現象的發生是因為刀具軌跡在拐角處有了變化，原有的穩定速度發生改變，又不能控制，由于慣性作用而發生過切。銑刀到達內角，接觸面積會增加，切削力度會增加，刀具由于變形而發生過切。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，加工路線的設計要結合相應的工序的特點，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。數控編程還要保證切入點的合理性。工藝設計要科學控制走刀路線，力求設計出最短走刀路線，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；易于數值計算，簡化編程工作量；盡量減少程序段數[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由淺入深、由粗到精的原則，要結合粗加工逐步精加工，工藝設計要保證加工零件的精度與速度的要求，以發揮數控加工高精度的優勢。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，以達到提高數控加工效率的目標。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加工件表面存在劃痕。數控加工要依據粗到精的原則，合理選擇工藝，以保證加工的精細度，提高加工質量。工藝設計要依據就近的基本原則，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，工藝設計要能減少刀具移動距離，降低刀具調作次數，還可以防止由于刀具移動中產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。依據就近原則的加工工藝設計，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，將深度變為變量，機床會自動完成深度的遞減，實現整個輪廓的加工。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。編程前先構思走刀軌跡，建立數學模型，如圖2所示。加工工序結合對零件圖的分析，分析工件的外形結構，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要求。明確工件經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、在工件的結構及其他連接部位的相對關系等。針對復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備條件，把加工內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。結合工件加工批量，分析加工工序，充分估計加工中會發生的各類問題，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 加工件的結構

圖2 刀具軌跡（白色線）

圖3是圖2的局部放大圖，根據數學模型設立宏程序變量：

圖3 刀具軌跡放大圖

4 結語

使用加工中心進行機械加工時，要保證加工質量與加工效率，編程是基礎。宏程序體現出簡潔、方便的特點。針對復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因素，保證加工路徑的合理，體現出數控加工的優勢。