熊福意 牛曉莉

摘 要：隨著我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國(guó)的制造業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別在機(jī)械模具方面更如雨后春筍。為此對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了高精度、高復(fù)雜性的要求，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加快，這對(duì)產(chǎn)品不僅提出了精度和效率的要求，而且也對(duì)機(jī)床提出了通用性和靈活性的要求。零件加工程序通常是按零件輪廓編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中的控制點(diǎn)是刀具中心，因此在數(shù)控加工前數(shù)控系統(tǒng)必須將零件輪廓變換成刀具中心的軌跡。如此一來(lái)數(shù)控機(jī)床實(shí)際加工輪廓和理想輪廓就有很大的出入，因此我們必須對(duì)實(shí)際刀具路徑作出分析提出具體優(yōu)化方案。實(shí)際加工中刀具軌跡的合理安排占據(jù)著重要地位，因?yàn)榈毒呗窂降暮侠硇灾苯雨P(guān)系到工件的精度、表面質(zhì)量及性能。

關(guān)鍵詞：球面加工；刀具路徑；宏程序；螺旋插補(bǔ)

0 引言

在實(shí)際生產(chǎn)加工中曲面的加工編程往往有自動(dòng)編程和宏程序手工編程兩種形式。自動(dòng)編程常常借助于CAD/CAM軟件，由于CAD/CAM軟件構(gòu)造曲面的底層數(shù)學(xué)模型所限，也由于CAD/CAM軟件對(duì)曲面生成刀具軌跡的逼近原理所限，在執(zhí)行事實(shí)上真正的整圓或圓弧軌跡時(shí)，軟件無(wú)法智能地判斷，生成的程序并不是G02/GO3指令，而是G01逐點(diǎn)逼近形成的圓。如此一來(lái)不但生成的程序指令占據(jù)龐大的空間使得機(jī)床反應(yīng)遲鈍，更重要的是由于直線逼近原理會(huì)使在造型期間的計(jì)算誤差在加工過(guò)程中被放大進(jìn)而影響工件精度及表面質(zhì)量。本文以典型外球面的曲面手工編程加工為例詳細(xì)進(jìn)行了加工分析，并以實(shí)踐方式得以論證。通過(guò)詳細(xì)實(shí)踐操作、詳細(xì)分析最終得出加工路徑的合理性對(duì)實(shí)際加工工件的性能及質(zhì)量的影響，重要的是加工分析思路，由此可以更大程度影響以后實(shí)際加工，并且對(duì)于數(shù)控教學(xué)也有很大的指導(dǎo)意義。

1 外球面加工基本知識(shí)

1.1 球面加工常用刀具的選擇

粗加工可以使用鍵槽銑刀或立銑刀，也可以使用球頭銑刀。精加工應(yīng)使用球頭銑刀。

圖1-1

1.2 球面加工的走刀路線

一般使用一系列水平面截球面所形成的同心圓來(lái)完成走刀。在進(jìn)刀控制上有從上向下進(jìn)刀和從下向上進(jìn)刀兩種，一般應(yīng)使用從下向上進(jìn)刀來(lái)完成加工，此時(shí)主要利用銑刀側(cè)刃切削，表面質(zhì)量較好，端刃磨損較小，同時(shí)切削力將刀具向欠切方向推，有利于控制加工尺寸。

1.3 進(jìn)刀控制算法

1.3.1 進(jìn)刀點(diǎn)的算法

圖2-4

2.2.3 三維螺旋加工宏程序

主程序

O1010 注釋說(shuō)明

S1000 M03

G54 G90 G00 X0 Y0 程序開(kāi)始，定位于G54原點(diǎn)

G65 P1011 X50.Y20.A50.B5.C0.M1.F1000 調(diào)用宏程序O1011

M30 程序結(jié)束

自變量賦值說(shuō)明

#1=（A） 半球的半徑

#2=（B） 球頭銑刀的半徑

#3=（C） （ZX平面）角度設(shè)為自變量

#13=（M） 角度#3每次遞增量

#9=（F） 進(jìn)給速度

#24=（X） 球心X坐標(biāo)

#25=（Y） 球心Y坐標(biāo)

宏程序 注釋說(shuō)明

O1011

G54 X#24 Y#25 在半球中心建立局部坐標(biāo)系

#4=#1+#2 球頭銑刀中心與半球中心連線的距離#4

G00 X0 Y0 Z[#1+30.] 定位于半球頂面上方（安全高度）

X[#4+1.] G00移動(dòng)到X[#4+1.]處

Z[-#2+1.] G00移動(dòng)到最底部（圓球直徑處）上方1.處

G01 Z-#2 F[#9*0.3] G01進(jìn)給至最底部（半球直徑處）

X#4 G01進(jìn)給貼近半球面

G02 I-#4 F#9 順時(shí)針走1圈整圓

WHILE[#3LT90]DO1 如果#3<90，循環(huán)1繼續(xù)

#5=#4*COS[#3] （ZX平面內(nèi)）當(dāng)前點(diǎn)刀尖對(duì)應(yīng)的X坐標(biāo)值

#6=#4*COS[#3+#13] （ZX平面內(nèi)）下一點(diǎn)刀尖對(duì)應(yīng)的X坐標(biāo)值

#7=#4*SIN[#3+#13]-#2 （ZX平面內(nèi)）下一點(diǎn)刀尖對(duì)應(yīng)的Z坐標(biāo)值

G02 X#6 I-#5 Z#7 F#9 G02螺旋加工至上一層

#3=#3+#13 （XZ平面內(nèi)）角度#3依次遞增#13

END 1 循環(huán)1結(jié)束（此時(shí)#3=90）

GOO Z[#1+30.] G00快速提刀至安全高度

G52 X0 Y0 恢復(fù)G54原點(diǎn)

M99 宏程序結(jié)束返回

注意：

①ZX平面內(nèi)角度#3為自變量，做到3D等步距加工；

②由于角度#3的初始值可以設(shè)定，因此即使不是一個(gè)完整的半球也可套用此程序；

③實(shí)踐加工證明，螺旋插補(bǔ)的加工方法使得加工流暢合理，特別是工件表面粗糙度得到了很大改善，除此以外，螺旋插補(bǔ)加工宏程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，過(guò)程簡(jiǎn)短精良容易編寫。也正是以上程序的編寫特點(diǎn)，決定了機(jī)床在執(zhí)行程序時(shí)無(wú)需緩沖，由于其加工的流暢性極大地加快了加工速度，提高了生產(chǎn)效率。這種加工方法完全符合工業(yè)生產(chǎn)要求，這種改進(jìn)思路完全符合機(jī)械加工領(lǐng)域的發(fā)展方向。

3 結(jié)論

生產(chǎn)實(shí)踐表明靈活安排加工工序，合理設(shè)置刀具加工路徑，在數(shù)控加工中有著重要的意義。它給我們的編程和加工帶來(lái)很大的方便，能大大地提高工件精度、表面質(zhì)量以及工作效率。？

本文通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的加工實(shí)例揭示了機(jī)械加工領(lǐng)域發(fā)展前進(jìn)的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在機(jī)械加工領(lǐng)域里學(xué)習(xí)和創(chuàng)新是永無(wú)止境的，只要善于鉆研刻苦努力技術(shù)水平和學(xué)術(shù)理論定能攀上新的臺(tái)階。在以后的工作中我將秉承精益求精的思想，遇見(jiàn)問(wèn)題要多思考多和別人多探討，爭(zhēng)取找到最佳解決方案。筆者衷心希望，我國(guó)科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識(shí)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的難得機(jī)遇，迎接競(jìng)爭(zhēng)全球化帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為在21世紀(jì)使我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走向世界的前列，使我國(guó)經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭而共同努力奮斗！

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作者簡(jiǎn)介：

熊福意，男，1982年2月出生，講師，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，畢業(yè)于天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，數(shù)控專業(yè)教師，教學(xué)研究方向：數(shù)控技術(shù)應(yīng)用。

牛曉莉，女，1982年出生，講師，漢族，山西太原人，畢業(yè)于天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，數(shù)控專業(yè)教師，主要研究方向：數(shù)控技術(shù)應(yīng)用。