數控加工機床“圓柱插補”功能的替代方案

胡吉友

摘 要：“圓柱插補”這種功能，通常針對于解決圓柱凸輪加工，同時，它所對應的加工設備則是具有旋轉軸的加工中心或數控銑床。我們知道，數控機床是按照數控程序所確定的軌跡（刀軌）進行運動，從而加工出產品的表面形狀，刀軌則是由無數微小的點連接而成，點與點之間只能以直線或圓弧兩種運動形式完成插補運動。

關鍵詞：圓柱插補；廓線轉換；后處理；替換；NURBS曲線

近年來，我國的數控技術突飛猛進，許多關鍵技術都已經實現突破，但是，整個機床行業，特別是高端數控產品的進口率仍居高不下，其中很多出口國屬于標準配置的功能，在我國竟然作為一種功能選項，其中就包括所謂的“圓柱插補”。“圓柱插補”這種功能，通常針對于解決圓柱凸輪加工，同時，它所對應的加工設備則是具有旋轉軸的加工中心或數控銑床。我們知道，數控機床是按照數控程序所確定的軌跡（刀軌）進行運動，從而加工出產品的表面形狀，刀軌則是由無數微小的點連接而成，點與點之間只能以直線或圓弧兩種運動形式完成插補運動。基于圓弧插補的本質上也是點與點之間距離趨于0的連接，筆者認為，圓弧插補實際也應當屬于直線插補的一種表現形式。本文所講述的最終替代方案，正是建立在這種基礎上的。

1 常規的旋轉軸替換法

通常，只要提供圓柱凸輪的CAD的展開圖，經適當處理后僅保留刀軌廓線（如圖1），然后把此廓線導入CAM軟件適當位置，點擊刀具路徑-外形銑削，按提示選擇線串，確定后彈出外形銑削（2D）對話框，設置適當的刀具參數，并激活旋轉軸候選框，軸之取代選擇Y軸，確認旋轉方向與機床回轉軸運動方向相同，同時輸入圓柱凸輪的實際直徑35，確定。再點選外形銑削參數，關閉刀具半徑補償，設置適當的刀具起始點、加工深度，確定退出。接著，再點擊操作管理，經路徑模擬與實體驗證正確后，后處理輸出NC加工程序。

現在，我們抽取程序行號N236～N284，對比圖1，得知此部分程序刀軌移動了兩個圓弧和一條線段，僅用了26個刀點位，平均每段圓弧約為13個刀位點，用作圖法求出刀軌步長，可得知理想路徑與實際路徑間存在差距。

如上所述，CAM的常規操作方法可以實現一般精度的加工要求，操作簡單快捷，可以部分替代數控機床的“圓柱插補”功能，但精度較高的加工場合無法取代。

2 NURBS曲線再處理法

鑒于CAM軟件在處理圓弧曲線時不能手動調節精度，其內置的方案是不可控的，筆者通過實驗證明，NURBS曲線的控制點就是CAM刀位點，這就為我們處理廓線時提供了一個可靠的依據，只要把圖1中的圓弧等分足夠多的點，再用NURBS曲線連接，那么，實際路徑與理想路徑的誤差將可以無限小！

2.1 點的生成

執行等分點命令，輸入等分數30（根據所需精度任意確定），再分別選擇圖1中廓線的圓弧，然后刪除圓弧線，存盤。

2.2 NVRBS曲線的生成

從UG NX軟件導入包含點的曲線，執行樣條曲線命令，點選通過點集的曲線，再按提示選擇起始點和終止點，生成NURBS曲線。分別執行，共生成5條NUBRS曲線。接著刪除所有的點，再把曲線導出為IGES類型文件。

2.3 導入處理后的曲線

啟動CAM軟件，執行檔案轉換功能，導入剛才處理好的IGES文件。

2.4 程序的生成

點擊刀具路徑-外形銑削，按提示選擇線串，確定后彈出外形銑削（2D）對話框，設置適當的刀具參數，并激活旋轉軸候選框，軸之取代選擇Y軸，同時輸入圓柱凸輪的實際直徑35，確定。再點選外形銑削參數，關閉刀具半徑補償，設置適當的刀具起始點、加工深度，確定退出。接著，再點擊操作管理，經路徑模擬與實體驗證正確后，后處理輸出NC加工程序。

我們不用深究該程序的精度，僅從生成的程序行號便知，步長已經變小，實際路徑與理想路徑已經更為接近——當然，等分的點越多，精度也就越高！

3 結束語

本文以某包含圓柱凸輪槽的零件為例，利用CAM軟件的坐標軸替換功能輸出了等同“圓柱插補”的NC加工程序，并用NURBS曲線替代圓弧解決了精度不可控的問題，經車間實際加工驗證，該程序滿足使用要求，可以完美替代“圓柱插補”。