球面圓角的數控銑削加工要點

摘要：通常情況下，銑削在對零件進行加工時都要加工圓角。假如圓角是處于XY平面的曲線，僅僅只用G2/G3指令就能完成加工；假如圓角是在XZ平面里的曲線，那么就要用常用道具和普通立式的數控銑床對圓角進行加工，編程方法和普通所用的方法有所不同。加工球面圓角有多種方法，其中編程方法中最為常用的就是自動編程，比如利用CAX、UG、PowerMILL等編程軟件和手工宏指令編程。本文主要介紹手工宏指令編程與自動編程加工球面圓角的要點。

關鍵詞：球面圓角；數控銑削；自動編程；手工編程

在數控加工中，球面圓角的銑削加工是在加工輪廓中經常遇到的形式，其加工實質是將XY平面中輪廓曲線放到XZ平面中實施倒圓角。對中級操作技術人員來說，一般不作這種要求，不過一般零件加工中都需要加工這一類的圓角。因此，要介紹球面圓角在數控銑削中的加工，本文主要介紹手工宏指令編程和自動編程加工球面圓角的方法。

1應用手工宏指令編程加工球面圓角

在利用手工宏指令加工球面圓角時，第一步是要加工出球面圓角的基本輪廓，第二步是在基本輪廓上實施宏程序上的加工。從俯視角度對刀具中心軌跡進行觀察，如同不斷將輪廓以相同的間距向外偏移，刀具在進行切削時如同很多個圓，切削中的包絡線就構成工件上面的切削痕跡。在手工宏指令程序的編寫中，一個關鍵就是將刀具中心和已經加工輪廓的法向距離找出來，并將這個法向距離當做對刀具半徑進行補償的變量，在編程中利用刀具的半徑進行左補償。加工的刀具可以使用球頭銑刀，也可以使用立銑刀，如圖所示是立銑刀加工球面圓角的示意圖，采用的系統是FANUC0i。

立銑刀加工球面圓角的示意圖

在示意圖中，球面圓角的半徑用R1表示；角度變量用R2表示，其范圍是0度到90度；刀具半徑用R3表示；刀具切削的刀尖也就是對刀的刀位點與圓角表面之間的距離用R4表示；刀具中心和已經加工輪廓之間的距離用R5表示。

2利用手工指令宏程序加工球面圓角的工藝

在加工球面時，宏程序的主要工藝是：

（1）加工球面所用刀具，不同的加工選擇不同刀具。進行粗加工時，使用立銑刀、鍵槽刀或者是球頭銑刀；進行精加工時，最好是用球頭銑刀，能夠保證其加工精度。

（2）加工球面的進給路線，通常情況下，利用一系列的水平面和截球面所成同心圓完成走刀的工作。在控制走刀的方式上，可以分為兩種進刀方式：從下往上、從上往下。通常，在加工的時候采用的進刀方式是由下往上，這個時候在切削時主要采用銑刀的側刃，能夠得到較好的表面質量，所造成的端刃磨損也比較小。與此同時，利用切削力把刀具推向欠切方向，有助于對加工尺寸進行控制。

（3）控制進刀的算法。

①=1＼*GB3＼*MERGEFORMAT計算進刀點。第一種方法是：依據加工誤差允許值和表面的粗糙程度，對Z向進刀量的合理值進行確定，之后依據加工深度給定的Z值，對加工圓半徑進行計算這種算法的走刀次數相對比較多。第二種方法是依據加工誤差允許值域表面的粗糙程度，確定兩個相鄰的進刀點在相對球心位置產生的角度增量，之后依據角度將進刀點的Z值和R值計算出來。

②=2＼*GB3＼*MERGEFORMAT處理進刀軌跡。在立銑刀對球面進行加工的過程中，利用刀尖加工曲面，在刀尖沿著圓弧進行運動的時候，它的中心軌跡為圓弧形，僅僅在位置上差一個刀具的半徑距離。在球頭銑刀對球面加工的過程中，球刃加工曲面，它的刀具中心為球面同心球面，其半徑也是差一個刀具的半徑距離[1]。

3自動編程加工球面圓角

除了可以用手工宏指令編程加工以外，在加工球面圓角上經常采用自動編程，比較常用的自動編程軟件是MasterCAM、UG、CAXA、PowerMILL。本文主要介紹UG10.0版本自動加工球面圓角的具體過程。首先打開UG10.0，進入建模狀態，繪制如圖三所示的零件三維模型，橢圓上輪廓線倒R5圓角。進入加工狀態，①=1＼*GB3＼*MERGEFORMAT設置加工坐標系，將加工坐標系放置在上表面中心的位置。②=2＼*GB3＼*MERGEFORMAT選定部件：零件整個三維模型、加工毛坯及加工區域：圓弧區域。③=3＼*GB3＼*MERGEFORMAT設置加工刀具，選擇球頭銑刀銑削，尺寸為R5。④=4＼*GB3＼*MERGEFORMAT設置加工參數，粗加工切深設置為0.1mm，精加工切深設置為0.01mm。⑤=5＼*GB3＼*MERGEFORMAT銑削方式為順銑，層優先。⑥=6＼*GB3＼*MERGEFORMAT設置合適的機床轉速和進給。⑦=7＼*GB3＼*MERGEFORMAT點擊生成。⑧=8＼*GB3＼*MERGEFORMAT點擊確定即可生成刀路軌跡。在執行之后對生成的刀路進行仿真加工，自動生成加工橢圓圓角的程序，然后進行后處理，生成G代碼加工程序。從而保證傳輸到機床上的G代碼程序能夠順利將圓角加工出來。因為加工輪廓為橢圓曲線的球面圓角，自動生成的加工程序相對而言，有比較復雜的步驟，要依據上面的步驟設置，假如球面圓角的輪廓是其他形式的，就相對簡單一些。

4結語

在球面圓角的數控加工中，手動指令宏程序有比較少的程序段量，而且輸入也比較便捷，但要求有高技術能力的編程人員來操作，出現差錯的可能性比較大。而自動編程加工球面圓角有比較多的程序段量，程序設置比較復雜，需要較多的準備工作，不過出現差錯的幾率比較小。由軟件自動編程設置相關的參數，自動生成刀路軌跡。所以，通常現場的熟練技術工善于利用宏程序編程，而一般的高等院校和復雜曲面的加工則用自動編程的較多。

參考文獻：

[1]陳萬中，徐士國.基于宏程序的外球面粗精加工[J].煤礦機械，2013，34（12）：114116.

[2]張世良.球面圓角的數控銑削加工[J].機械，2010，37（6）：7677.

作者簡介：陳玲芝（1986），女，山東曹縣人，本科，助教，研究方向：機械制造。