基于宏程序加工圓錐臺面的方法探討

陳 艷，胡麗娜

（1.青島工學院機電工程學院，山東青島 266300；2.青島城市學院，山東青島 266106）

1 引言

加工圓錐臺面在數控車削加工中比較常見，程序編制也較簡單，而圓錐臺面在數控銑削加工中則需要通過宏指令或者自動編程軟件來實現程序編制。本文針對數控銑削中圓錐臺面的加工，采用放射加工和等高加工兩種典型走刀路線展開宏程序應用問題的討論。對圓錐臺面進行程序編制，并對加工程序進行模擬軌跡驗證，因其實物仿真加工結果和實踐生產結果具有較高的吻合度，故本文進行了實物仿真驗證，進一步完善加工方案的可行性[1]。所以，該研究分析的加工方法對實際生產中數控銑削加工圓錐臺表面具有很高的參考價值。

2 宏指令

宏程序可以靈活地調用系統中的局部變量、公共變量及系統變量進行參數化編程。一般情況下，程序結構不變，設置的一些參數形式的變量，根據零件加工要求，將正確的數據賦值給該些變量，程序運行后就能準確地控制刀位點的運行軌跡，加工出合格的零件。

對圓錐臺面加工，如選用UG自動編程軟件建模，生成切削加工刀路，經“后處理”功能生成所需的NC代碼。雖然該方法操作簡便，但生成的數控程序段太多，程序冗長，占用數控系統內存，降低了加工的效率[2]。故本文研究用宏程序進行圓錐臺面的加工是很有必要的。

分析圖1和圖2，選用FANUC 0i系統進行宏程序編制，該宏程序中需要設置的參數變量如表1所示。

圖1 放射加工路線變量參數

圖2 等高加工路線變量參數

表1 圓錐臺面加工的參數變量

3 加工工藝路線分析

采用不同的加工方法或同一種加工方法，由于選用的變量參數值的不同，銑削圓錐臺曲面時被加工表面上切痕的深淺、疏密、形狀和紋理都會有所不同。

目前，放射加工法和等高加工法是曲面銑削時應用較多的加工方法。一種是以角度為自變量生成等角度環繞加工軌跡，在垂直面內旋轉指定的角度值再進行下一平面的銑削；另一種是以切深為自變量生成等高環繞加工軌跡，確定一個固定的切削深度值，完成一層后再進行下一層的切削[3]。

4 宏程序的編制

以實例加工說明程序編制思路。

為實現圖1中圓錐臺面加工，編程時采用放射加工的加工路線，以角度為自變量生成等角度環繞加工軌跡。

圖1中，＃1是銑刀在任一位置的角度（變量）；#2是圓錐臺上面的半徑（R24）；#3是下面的半徑（R40）；#4是銑刀在上面任一位置X向的坐標；#5是銑刀在上面任一位置Y向的坐標；#6是立銑刀的半徑（R6）；#7是銑刀在下面任一位置X向的坐標；#8是銑刀在下面任一位置Y向的坐標；#9是圓錐臺的總高度。

結合以上分析，加工圖1零件選用工件坐標系原點設在零件上面的中心位置。數控加工程序如下：

O0001;

G54G90G00Z100.;

M03S1000;

X30.Y0;

Z2.;

M08;

G01Z0F50;

#1=0;

#2=24;

#3=40;

#6=6;

#9=40;

WHILE[#1LE360]DO1;

#4=[#2+#6]*COS[#1];

#5=[#2+#6]*SIN[#1];

#7=[#3+#6]*COS[#1];

#8=[#3+#6]*SIN[#1];

G01X#4Y#5Z0F200;

X#7Y#8Z-#9;

G00Z0;

#1=#1+1;

END1;

G90G00Z100.M09;

M05;

M30;

為實現圖2中圓錐臺面加工，編程時采用等高加工的加工路線，以切深為自變量生成等高環繞加工軌跡。

圖2中，#2是圓錐臺上面的半徑（R24）；#3是下面的半徑（R40）；#6是球頭銑刀的半徑（R6）；#9是圓錐臺的總高度；#10是銑刀任一位置的深度（變量）；#11是銑刀任一位置刀具中心到圓心的距離；#12是圓錐臺錐角。

結合以上分析，加工圖2零件選用工件坐標系原點設在零件上面的中心位置。數控加工程序如下：

O0002;

G54G90G00Z100.;

M03S1000;

X30.Y0;

Z2.;

M08;

G01Z0F50;

#2=24;

#3=40;

#6=6;

#9=40;

#10=0;

#12=ATAN[#3-#2]/[#9];

WHILE[#10LE#9]DO1;

#11=#2+#6+#10*TAN[#12];

G01X#11Y0F200;

Z-#10F50;

G02I-#11F200;

#10=#10+0.1;

END1;

G90G00Z100.M09;

M05;

M30;

分析加工案例程序，程序編制采用WHILE循環語句，程序段少，簡明、直觀，便于修改和調整，機床在執行程序時更加快捷。

5 刀具路徑驗證

采用FANUC 0i系統數控仿真軟件平臺運行放射加工路線和等高加工路線程序，模擬刀具路徑軌跡如圖3、圖4所示，刀路軌跡正確，刀路連貫，無陡然的轉折[4]。

圖3 放射加工模擬刀軌

圖4 等高加工模擬刀軌

程序在調試過程中，如果出現報警等其他錯誤提示，需要修改程序中程序字參數或更改模擬數控系統中的工藝參數，進行再次模擬刀路驗證，直至實現正確的刀路。

在數控仿真軟件平臺上完成刀軌驗證后，進行對刀操作以及相關工藝參數設置，使用FANUC 0i系統的機床運行程序，對工件進行實物實踐加工，最終達到零件加工要求。如圖5、圖6所示。

圖5 放射加工實物加工

圖6 等高加工實物加工

進行實物仿真加工中，如果出現報警等其他錯誤提示，一般是對刀參數以及補償參數設置出現了問題，需對其進行參數更改，直至加工出合格的零件。調試完成的程序可高效地加工出高表面質量零件。

通過以上加工實驗分析得出：①案例編制的宏程序具有通用性；②加工圓錐臺面的尺寸、選用刀具參數和加工精度要求不同時，只需要改變宏程序中的相應變量的數值，程序將會自動計算出相關的數據生成刀軌，執行相應的加工，加工出合格的產品；③采用放射加工和等高加工，由于選用的變量參數選值的不同，對加工表面質量會有影響，對刀具的使用壽命也會有影響。

6 結束語

宏程序通過變量賦值，在手工編程中顯得十分靈活、智能，其編制程序的程序段數量少。本文通過選取高效的編程方式，制定合理的工藝方案，選用不同的進刀路線，更好地實現圓錐臺面加工。對數控銑削加工中更好地應用宏程序進行程序編制提供了參考思路。