淺析月牙形孔的加工方式及宏編程技巧

楊建

（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116036）

淺析月牙形孔的加工方式及宏編程技巧

Machining way and macro programming skills of crescent-shaped holes

楊建

（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116036）

以實(shí)件為依據(jù)，淺析了月牙形長(zhǎng)孔的鉆+成型銑、雙邊銑以及螺旋銑等的加工特點(diǎn)，并介紹了螺旋銑宏程序的編制技巧。

月牙形孔；鉆銑；雙邊銑；螺旋銑；宏程序

在工程機(jī)械上，月牙形孔經(jīng)常碰到。如塑料擠壓造粒機(jī)組主機(jī)中的機(jī)筒體、塑料四輥壓延機(jī)貼合裝置上的堵板、塑料共擠出吹塑復(fù)合膜輔機(jī)內(nèi)冷裝置中的下盤等等。月牙形孔的用途有竄水、穿線及其他。孔的結(jié)構(gòu)有圓弧、圓弧+直線。此類工程零件的加工精度均要求不高。

如圖1所示是一塑料四輥壓延機(jī)貼合裝置上的堵板示意圖，其月牙孔由四段圓弧組成。孔寬為14 mm，深為13 mm，長(zhǎng)為68 mm，材料為Q235-A。

圖1 月牙形孔的示意圖

對(duì)于此類零件的加工，采用的加工方式有鉆+成型銑、雙邊銑和螺旋銑等。

為了探索一種低成本高效率的加工方式，本文對(duì)上述各種加工方法進(jìn)行加工過程、加工效率和成本等分析比較，并詳細(xì)介紹螺旋銑方式的宏程序編制技巧。

1 鉆+銑的加工方式

1.1 成型銑

先鉆后銑的加工方法，即先用鉆頭在孔的兩端鉆孔，再用銑刀將孔內(nèi)其余毛坯銑掉。當(dāng)孔寬較小時(shí)，為了減少工步，增加加工的穩(wěn)定性，可以采用與孔寬相同直徑的刀，在寬度方向一次成型。以圖1工件為例，其具體工序如下。

（1）選用刀具直徑為Φ13.5 mm的高速鋼鉆頭分別在孔的1，2兩點(diǎn)處鉆孔；利用角度循環(huán)，鉆削其他各孔。

（1）用Φ14 mm的整體合金雙刃銑刀從2或1點(diǎn)下刀加工到1或2點(diǎn)，每層為圓弧刀軌。因?yàn)榭讓捿^小，因此采用其直徑與寬度相等的立銑刀在深度方向分層加工，寬度方向一次成型。循環(huán)刀路投影如圖2所示，循環(huán)步驟如下：

①刀具快速移動(dòng)到a點(diǎn)；

②刀具以切削速度切削到b→c→d點(diǎn)；

③刀具快速回到a點(diǎn)；

④依次進(jìn)行其他層的循環(huán)；

⑤一個(gè)孔完成后，再進(jìn)行角度循環(huán)，加工其他孔。

以FANUC數(shù)控系統(tǒng)為例，對(duì)上述加工方式編制銑加工程序。圖1中橫軸為X軸，縱軸為Y軸，極坐標(biāo)編程如下。

O0110（銑）

N2 G00 G90 G17 G16 G54 Z200；

N4 S1000 M03；

N6 #1=0.5；（ 第一刀切深，可視刀具、機(jī)床等工況更改）

N8 #2=0；（ 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)初始角）

N10 #3=0.5；（深度步距，可更改，同上）

N12 #4=3.；（抬刀高度）

N14 #10=15.；（總加工深度為15）

N16 #11=360./10.；（ 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度增量）N18 Z#4；（圖2中a點(diǎn)）

N20 G90 G68 X0 Y0 R#2；

N22 G01 X146. Y-10.657 F1000.；（ 孔內(nèi)2點(diǎn)上方）

N24 Z-#1 F400.；

N26 G03 X146. Y10.657 R146.；（ 見圖3）

N28 G01 Z#4；

N30 #1=#1+#3；

N32 IF［#1 LE #10]GOTO 22；

N34 G69 X0 Y0；

N36 #2=#2+#11；

N38 #1=0.5；

N40 IF［#2 LE ［360.--#11］]GOTO 20；

N42 G00 G15 Z100.；

N44 M30；

1.2 環(huán)形銑

如果孔的精度要求較高或孔較寬時(shí)，采用成型銑時(shí)無(wú)法滿足精度要求或機(jī)床剛度要求，于是兩端鉆孔后，可采用比孔小的直徑刀雙邊銑。銑刀可從2處分層下刀，每層下刀后由右端（順銑）至左端，循環(huán)一周，再下刀，再循環(huán)，直至加工完成。每層為圓弧環(huán)形刀軌，走刀路線為2→a→b→c→d→e→b→2，見圖3；從1處下刀為逆銑；程序略。

圖2 寬度成型銑循環(huán)

圖3 環(huán)形銑刀路

鉆+銑加工方式的缺點(diǎn)是需要兩種刀具，加工中反復(fù)抬刀、退刀、進(jìn)刀，輔助刀路多；需要兩個(gè)程序，兩次對(duì)刀、換刀；優(yōu)點(diǎn)是從鉆孔處下刀，銑刀可以無(wú)端刃。

2 螺旋銑加工方式

螺旋銑加工方式，在圓孔的半精、精銑削中應(yīng)用較多，因其銑削刀路為螺旋線而得名。根據(jù)加工工序的不同，加工刀路可以由孔上到孔下，也可由孔下到孔上。從入刀開始直到將孔銑削完畢，刀具一直在連續(xù)切削，不離開工件，特殊情況除外。粗加工時(shí)銑刀必須有端刃。

對(duì)于加工精度要求不太高、孔徑不太小的月牙形孔，也可采用螺旋銑加工方式。但關(guān)鍵是手工編程比較復(fù)雜。

以圖1所示工件為例，選擇直徑小于孔寬15%以上的刀，本例選擇Φ12 mm的合金槽銑刀，對(duì)其進(jìn)行螺旋銑試加工。

由于此月牙形孔由四段圓弧組成，而且各段弧長(zhǎng)短不等，因此編程時(shí)，以弧長(zhǎng)為單位來(lái)平均切削深度比較理想。

查［1］弧長(zhǎng)公式：l=nπr；

式中：

l—弧長(zhǎng)；

n—弧的圓心角；

r—圓弧半徑。

為了使程序可應(yīng)用于所有形似的工件的加工，采用宏變量編程。程序中：設(shè)#1代表月牙孔弧cd（參看圖3）的半徑；#2為月牙孔弧be的半徑；#3為月牙孔弧de（bc）的半徑；#5為月牙孔弧cd（be）所對(duì)應(yīng)的圓心角的一半；#6為月牙孔弧de（bc）所對(duì)應(yīng)的圓心角。

#11=2.×π/180.×［#1×#5 + #3×#6 +#2×#5]是各段弧長(zhǎng)總和的計(jì)算式，見圖3； #12=#7/#11為單位弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的切深變化，式中#7為每層切深，其他見程序O0120。以FANUC數(shù)控系統(tǒng)為例。

O0120（螺旋銑）（≤Φ12銑刀）

G00 G90 G54 Z200；

S1000 M03；

#1=153.；（ 孔外徑， 圖1為153）

#2=139.；（ 孔內(nèi)徑， 圖1為139）

#3=7.； （孔端徑， 圖1為7）

#4=360./10.；（ 10個(gè)孔的間隔角度）

#5=10.719；（ 外弧圓心角的一半，圖1為10.719°，等于極角）

#6=180.；（ 端圓弧圓心角，圖1為180°）

#7=1.；（ 每層切深，根據(jù)刀端刃結(jié)構(gòu)確定該值）#8=15.；（ 孔深）

#10=0；（ 第一個(gè)孔心的位置角）

#15=0.；（ 深度累加）

#24=146.；（孔心極距X）

#25=0；（孔心極角Y）（孔心在X軸上）

#11=2.*π/180.*［#1*#5 + #3*#6 +#2*#5］；（ 孔弧長(zhǎng)）

#12=#7/#11；（ 單位弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的切深）

N100 G00 G90 G17 G68 X0 Y0 R#10；

G16 X#24 Y#25；

Z10.；

G01 Z0 F50.；

G41 D01 X#1；

N200 G91 G03 X0 Y#5 Z-［#12*π*#1*#5/180.］R#1 F200.；

X-［#1-#2]Y0 Z-［#12*π*#3*#6/180.]R#3 F150.；

G02 X0 Y-2.*#5 Z-［#12*π*#2*2.*#5/180.]R#2 F200.；

G03 X［#1-#2]Y0 Z-［#12*π*#3*#6/180.]R#3 F150.；

X0 Y#5 Z-［#12*π*#1*#5/180.]R#1 F200.；

#15=#15+#7；

IF［［#15 - #8]LT 0]GOTO 200；

G01 G90 X#24 Y#25 F200.；

G40 G15 Z50. F500.；

G69 X0 Y0；

#10=#10+#4；

#15=0；

IF［#10 LE ［ 360.-#4］]GOTO 100；

G0 G90 Z100.；

M30；

3 兩種加工方式比較

采用鉆+銑的加工方式，操作者將工件裝夾好后，需完成：錄入鉆加工程序→換鉆刀→對(duì)刀→鉆加工20個(gè)孔；卸下鉆刀→錄入銑加工程序→換上銑刀→對(duì)刀→成型銑加工10個(gè)月牙孔。如果有USB孔，程序的錄入時(shí)間可以忽略。

成型銑的工步為：起始點(diǎn)垂直下刀→圓弧銑削→垂直抬刀→返回起始點(diǎn)再垂直下刀→再圓弧銑削、、、一個(gè)孔結(jié)束→移到下一個(gè)孔→重復(fù)第一個(gè)孔的步驟。

采用螺旋銑的加工方式，操作者將工件裝夾好后，需完成：錄入銑加工程序→換上銑刀→對(duì)刀→螺旋銑加工10個(gè)孔（刀具損壞除外）。

螺旋銑不但省略了鉆削的工序，孔的加工工步也減少到：刀具逼近→螺旋銑孔→返回安全位→移向下一個(gè)孔→重復(fù)第一個(gè)孔的步驟。

由上可看出，采用螺旋銑方式加工月牙形孔，不但手動(dòng)時(shí)間短，加工時(shí)間也短，大大提高了加工效率。

鉆+銑的加工方式，需使用鉆刀，銑刀。而螺旋銑的加工方式，只需要帶底刃的銑刀。除了加工效率高以外，螺旋銑刀具的種類單一，刀具的尺寸較小，無(wú)疑加工成本降低了不少。

4 結(jié)語(yǔ)

通過上述分析，對(duì)于如圖1所示長(zhǎng)孔或類似結(jié)構(gòu)的工件，采用螺旋銑加工方式優(yōu)于鉆+銑的加工方式，前提是孔不是太小，排屑沒有問題。

編程時(shí)，深度分布以弧長(zhǎng)為單位均分比較合理。因?yàn)閳A心角大，不一定對(duì)應(yīng)的圓弧就大，如圖3中的弧cd和弧de，如果按圓心角分布切深，在弧de（bc）處，圓心角為180°，大于弧cd（eb）所對(duì)應(yīng)的角度，此時(shí)如果給弧de分配的深度量大（按圓心角的話），在較小的弧長(zhǎng)范圍內(nèi)完成較大的深度切削，對(duì)刀具加工安全性造成威脅。如果是以弧長(zhǎng)為變量，則de（bc）的弧長(zhǎng)短，切深量較小，加工比較平穩(wěn)，刀具安全性提高。

以上所有的分析是對(duì)單件而言。對(duì)于孔徑較小的工件，可能采用插銑穩(wěn)定性會(huì)更高一些。競(jìng)爭(zhēng)加劇，企業(yè)現(xiàn)代化管理的需求加大，自動(dòng)化儀表與自動(dòng)化控制技術(shù)將成為工業(yè)企業(yè)核心力量。

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（R-03）

TQ330.41

1009-797X（2016）02-0074-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.02.030

楊建（1978-），男，工程師，主要從事機(jī)械加工工作。

2015-09-17