宏程序在扇形倒圓錐型腔加工中的應用

貴州航天風華精密設備有限公司 （貴陽 550009） 李洪波

如圖1所示零件，其內型腔是一個45°的扇形倒圓錐型腔，即槽口直徑大于槽底直徑，需要同時加工圓錐面和兩側面，通常在進行扇形圓錐面數控加工時，采用建模自動編程和手工編程兩種。CAD/CAM軟件在自動編程時一般采用小直線或小圓弧段逼近，因此后置處理生成存在G代碼冗長，刀軌中出現錯誤或需要完善時難以檢查，且易發生撞刀或過切等事故。而采用手工編程時，要進行繁瑣的數值計算，數據量很大，在編寫過程中易出現漏數據或輸錯數據。宏程序此時便充分顯示出其短小精干、方便快捷的功能。

現在的數控機床操作系統都為用戶提供有宏程序功能，用戶可以使用參數變量進行函數混合運算，簡化了程序，且程序通用性很強，根據不同需求只需修改幾個變量就可以完成不同大小、不同角度的扇形圓錐的加工，同樣通過修改一個刀具變量即可進行粗加工和精加工了。

1.參數計算

圖1

宏程序編程有的系統也稱為參數化編程，由各參數變量通過一定的函數混合運算組成。如圖2所示，為一扇形倒圓錐型腔的二維視圖，由視圖中所示尺寸可知圓錐初始圓半徑為R200mm，圓錐母線與水平方向夾角α為69°，將坐標系Y軸基準面建在型腔中心，因此型腔兩側壁與Y軸夾角β為45°/2，兩側壁中心軸線通過R200mm圓心，已知側壁厚度30mm，因此20mm球頭刀運行在側壁拐角時與Y軸夾角γ=22.5°－arcsin[（30/2+20/2）/（200+20/2）]=15.663°，當變量ΔZ=1時，截圓半徑ΔR=200－ΔZ/t a nα，側面端點ΔX=ΔRsinΔγ，ΔY=ΔRcosΔγ。刀具在加工倒圓錐面時，須將刀具旋轉一定角度才能加工，若旋轉與圓錐母線平行，因型腔深度較深刀具刃口不夠，故要與圓錐面形成一定角度即只讓球頭部分切削，在加工時，我們將刀具旋轉至68°。因為刀具旋轉了角度，側壁若一次加工完成，刀具會碰垂直的圓弧面，因此側壁分兩次接刀完成，初步將側壁切削距離定為28mm，可根據實測安全距離來調整該參數。

圖2

2.程序編制

確定好參數后，編寫宏程序如下：

3.程序確認

宏程序編寫完成后，運行CIMCO仿真軟件驗證程序，顯示刀軌如圖3、圖4所示，在刀軌中Z軸方向一頭一尾各任選一圓弧端點，根據端點X、Y、Z坐標值在二維圖中作出與刀具同直徑的圓，其與零件圓錐母線和型腔側面正好相切，由此可判斷程無誤，可以傳至機床進行加工了。

圖3

圖4

4.結語

因為程序使用的是球心軌跡編寫，因此實際加工中我們在三軸機床上加萬向動力頭后，主軸偏擺所需角度運行該宏程序便完成了4軸或5軸機床的工作。通過調整刀具半徑值，有效地保障了零件的尺寸精度，并且零件擺放方向變化或在圓周上同時加工幾個這樣的零件，只需在程序頭上加入G68旋轉坐標系，然后將主軸旋轉至相應角度即可。非常方便、快捷，極大地縮短了編程時間、提高了加工效率。