槽類數控加工與編程技術

■ 昆明學院 （云南 650214） 胡運林 王春研 陳興惠

在數控加工中，常需進行槽類加工，經常加工的形狀有：矩形槽、鍵槽和圓形槽，常規的數控編程方法是采用CAM自動編程或手工編制宏程序。前者意味著每一零件的槽類加工均需利用CAM軟件進行建模后自動生成數控程序，不具有通用性，編程效率低下；如針對矩形槽、鍵槽或圓形槽編制不同的宏程序，占用機床內存又較大。鑒于上述問題，可以通過工藝分析，制定工藝方案，設計具有多功能的槽類加工宏程序。

1. 工藝方案分析

加工帶圓角的矩形槽時如果其上的圓角半徑等于槽寬尺寸的一半，帶圓角的矩形槽便成了C形鍵槽；同樣如C形鍵槽的直邊長度為0時，C形鍵槽便成了圓形槽。而矩形槽、C形鍵槽及圓形槽，均可采用環切并分層銑削方式來完成粗加工。鑒于三者加工部位的形狀、加工方法和加工過程的相似性，設計了能夠提高通用性的多功能宏程序。

如圖1a所示，當b=0時，圖1a圖形便變成了圖1b；當圖1a中a=0，b=0時，便變成了圖1c。因此在設計宏程序時以帶圓角的矩形槽作為多功能槽類宏程序設計的基礎。

鑒于槽類加工特點，采用以下宏程序設計方案：①由于槽類加工深度不能確定，而槽類加工普遍需采用分層切削，因此在宏程序采用分層切削方式。②槽類加工普遍要求有較高尺寸精度和表面質量，因此宏程序采用粗精加工分開進行。③加工尺寸和刀具難以在宏程序中事先規定，因此為了安全，避免發生干涉現象，刀具下刀時不宜采用傾斜下刀、螺旋下刀等方式，而適宜采用垂直下刀，且粗加工第一刀在加工槽形的中心下刀。在精加工外輪廓時，為提高加工表面質量，采用圓弧切入切出方式。④為便于計算，兼顧加工矩形槽、鍵槽和圓形槽的需要，每層加工的進給路線采用環切法。

2. 進給路線分析及宏程序設計思路

以帶圓角的矩形槽加工為基礎，對進給路線進行分析。如圖2所示，選擇矩形槽上口部中心為編程原點，矩形X方向長度尺寸為A，Y方向長度尺寸為B，轉角半徑為R。

為提高加工效率，依照進給路徑最短原則，在加工矩形工件時，如X方向長度尺寸大于或等于Y方向長度尺寸，宜采用圖2所示進給方式。粗加工采用環切進給，刀具從圖形中心下刀，沿著O→a→b1→b2→c1→c2→d1→d2→e1→e2→O的運動軌跡走完一次環切，然后由里向外推進，完成粗加工。進給路線關鍵點的坐標計算，采用由外向里等距偏移方式進行。等距偏移后，如轉角半徑出現負值，一律取為0。如圖2中轉角b1"和b2"處轉角半徑r "計算值大于零，則取計算值：

圖 1

r "=R－U－0.5d－(n－m)×0.7D式中，n是粗加工環切次數；m是當前環切次數；U是內腔精加工余量；D是刀具直徑，粗加工步距取為0.7D。

如b1和b2處轉角及b1'和b2'處轉角計算值小于等于0，則均取為0，即b1和b2及b1'和b2'重合。

環切進給次數的計算是宏程序設計的關鍵，由圖2不難看出，影響環切進給次數的是矩形短邊尺寸，由于環切采用的是對稱加工，因此主要考慮單邊尺寸。在粗加工時，刀具中心的單邊移動距離最大為H，即：

式中，B是矩形短邊尺寸。

如環切步距取0.7D，則粗加工理論環切進給次數為n0=H/(0.7D)+1。

由于環切次數n只能是整數，因此需對理論環切進給次數n0進行圓整，圓整方法為：當n0為小數時，設其整數部分為N，則圖2中內環單邊進給h=H－0.7D×（N－1）；當h≤0.5D時，對n0下取整，即n =FIX（n0）；當h>0.5D時，必然會在中心區域出現殘料區，因此需在中心區域增加一次環切，即環切次數n=FIX（n0）+1。

上述環切路徑設計，在切削中心區域可能出現步距較小的情況，對加工效率影響較小，且對宏程序中數學公式處理較為方便。

環切粗加工完成后，首先精加工槽的底面，采用環切加工。實際上可以在粗加工層數上增加一層，加工最后一層時，切削厚度為Z方向的精加工余量，并調整切削進給速度即可，可進一步簡化宏程序。

完成粗加工和精加工槽底面后，再進行槽內壁的精加工。為保證加工表面質量，在下刀高度上高于槽底0.02mm，以防刮花已經加工好的槽底表面。

如圖3所示為宏程序設計流程框圖，較為清楚的表達了宏程序設計邏輯關系，是該宏程序的核心技術內容。

圖 2

圖 3

3. 程序編制

以FAUNC 0i系統進行宏程序編制。附表為地址、變量和代表意義說明。

該宏程序在應用時，只需在主程序中通過“G65”指令調用，在地址符中輸入相應數據即可。為安全起見，所有地址符中均應輸入數據，數據均應大于等于0。該宏程序在應用上有以下特點：①U值為0時，只對內輪廓進行粗加工，不進行精加工；U值大于0時，對內輪廓進行先粗后精加工。②W值為0時，只對槽底進行粗加工，不進行精加工；W值大于0時，對槽底進行先粗后精加工。③X、Y、Z值為工件坐標系下，加工槽形上表面中心點的坐標值，如該中心點為工件坐標系原點，則X、Y、Z值全為0。④當A、B值相等且為R數據的兩倍時，加工形狀為圓形槽；當A、B值只有一個為R的兩倍時，加工形狀為C形鍵槽。

程序變量說明表

4. 結語

該槽類加工工藝方案從矩形槽、C形鍵槽及圓形槽的形狀、加工方法和加工過程的相似性入手，設計宏程序，使該宏程序具有較大的通用性，通過調用該程序提高編程效率，減少工作量。

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