通用循環程序在系列零件加工中的應用

陳鑫

青島海西重工有限責任公司 山東青島 266555

1 序言

在數控加工中，曲面銑削或曲線車削加工程序一般采用軟件編程或手工編程方式，當零件外形尺寸、加工部位余量等發生變化，或者吃刀量等加工參數變更時，軟件編程需要在編程軟件中重新修改模型、生成新程序；手工編程需要重新計算坐標點、編制新的加工程序。

對于一些形狀規則、可用簡單數學模型表示的曲面或曲線，或者是加工部位形狀相似、尺寸不同的成系列的零件，可編制通用的循環數控加工程序。使用此類程序，在加工過程中，只需進行少量的參數修改，即可實現不同型號程序的轉換、加工尺寸及參數的修正，能夠更加靈活地適應現場變化[1-3]。

2 工藝分析

本文以曲柄零件錐面的半精銑為例進行說明，加工設備采用數控龍門銑床，數控系統為西門子數控840D。

曲柄零件形狀如圖1所示，在零件圓錐曲面（圖1中陰影面）的銑削工序中，需要加工的曲面是以孔中心為軸線的圓錐的一部分，不同型號曲柄錐面的錐角、半徑以及加工的寬度范圍不同。

圖1 曲柄零件

在龍門銑床上采用層銑削的方式加工，起始層是曲柄的上平面，終止層是曲柄的大外圓面與錐面的相交線；每一層都是以孔中心為圓心的圓弧，圓弧軌跡的起點、終點是曲柄的兩側平面。此工序為半精加工，采用順逆銑往復加工的形式，減少進退刀行程，提高加工效率。

曲柄零件年產量約1000多件，有20多種型號。零件毛坯是鍛造件，形狀不規則，受現有鍛造技術的限制，同一型號零件鍛造后尺寸有較大差異，每個零件銑錐面工序都需要編制對應的加工程序，編程工作量很大，通過編制通用循環程序可降低編程的工作量。

3 程序

零件尺寸參數如圖2所示，程序原點設在孔的中心線（即圓錐的軸線）與曲柄上平面的交點。按圖2中標注設定變量，定義加工面的形狀、曲面的邊界等尺寸參數。

3.1 主程序說明

主程序的主要功能是設定零件型號以及設置現場測量的零件毛坯尺寸、加工參數等數據。參數R20：零件型號；參數R6、R7：毛坯尺寸、斜角，毛坯為鍛造成形，因此每件毛坯尺寸都不同；參數R8：錐面余量，根據需要設置粗、精加工預留的加工余量；其他加工參數，如刀具尺寸、進給速度和安全距離等，可在加工現場進行調整。操作人員可根據零件實際情況對這些數據進行測量、修改。

3.2 子程序中零件各型號數據

子程序的主要功能包括各規格零件尺寸信息的儲存及選擇、坐標計算以及加工進給過程的設置。子程序決定了零件的加工形狀、進給軌跡，操作人員不能隨意修改。

不同型號的零件，其尺寸數據保存在對應的程序段中，并根據其型號進行命名，在主程序中R20輸入對應型號的名稱，在子程序中通過CASE指令，判斷R20參數的值，進入對應的程序段，獲得對應型號零件尺寸數據。例如：指定某一型號為S60的零件，設定其編號16001，對應尺寸數據寫在_M60A程序段中。在主程序中輸入R20=16001，子程序中通過CASE （R20）16001 GOTOF _M60A，跳轉到_M60A程序段，讀取零件各尺寸參數。后續程序根據這些數據計算出加工軌跡中的各個節點，進行曲面的加工。

3.3 子程序中軌跡節點計算、循環加工

通過指令$AA_IW[X]、$AA_IW[Y]、$AA_I W[Z]獲得刀具當前坐標，判斷與零件的相對位置，以此作為起始層，計算程序起刀點。每層Z向進刀，再根據Z的位置，計算每一加工層軌跡的起點、終點坐標及圓弧半徑。每一層加工結束后，繼續Z向進刀，進入下一加工層，如此循環，直至程序中的結束位置。

每一層加工軌跡為一段圓弧，圓弧的起始點是圓弧與側面斜線的交點，銑刀加工時軌跡為刀盤中心，因此計算時需要將斜線向外平移一個刀盤半徑及安全距離，使刀具的起點、終點走出工件區域，避免進刀時與工件碰撞。可通過幾何關系計算。

1）計算圓弧半徑：_CR=_TR1+_OR1+(_OB1-_OP3)/TAN(_OA)+(_TR2+_OD3)/SIN(_OA)。

2）中間過程計算：_A=TA N(_O A2)，_B=(_OM/SIN(_OA2)+_E)*TAN(_OA2)，_R=_CR*_CR+_A*_A*_CR*_CR-_B*_B。

3）起點坐標的X（_O P_1）、Y（_O P_2）值：_OP_1=(_A*_B+SQRT(_R))/(1+_A*_A)，_OP_2=-_A*_OP1+_B。

因圓弧以中線對稱，因此終點X坐標相同，Y坐標相反。

完成各節點坐標的計算后，進入加工程序段，開始銑削加工。

3.4 加工程序

主程序如下。

3.5 操作說明

曲柄加工時，操作人員在主程序中輸入R20零件型號，測量毛坯尺寸后輸入對應的參數，輸入適當的加工參數，將刀具移動到需要加工的起始層Z位置，即可運行程序加工。更換其他型號零件時只需修改R20等參數，如果同型號不同毛坯的尺寸有變化，只需修改對應參數。

當新增型號時，編程人員在子程序中添加對應的程序段，輸入零件尺寸數據，對程序進行擴充。

4 結束語

編制通用循環程序，可使操作人員在現場加工過程中能靈活應對各種預先設定好的變化情況，不必再針對不同型號的零件重新編制各自的加工程序。當特定的加工狀態變化后，進行少量的參數修改即可重新開始加工，不必重新編制數控程序，大大提高了加工效率。