宏程序在曲面加工中的研究与应用

摘 要：当使用刀具半径补偿来完成环切时，不管我们采用何种方式修改刀具半径补偿值，由于受刀补建、撤的限制，它们都存在走刀路线不够简洁，空刀距离较长的问题。对于一般轮廓，其刀具中心轨迹很好计算，此时如用宏程序直接计算中心轨迹路线，则可简化走刀路线，缩短空刀距离。

关键词：环切；宏程序；曲面加工

0引言

宏程序是一种类似于高级语言的编程方法，它允许用户使用变量、算术和逻辑运算及条件转移，这使得编制相同的加工程序比传统的编程方式更加方便，同时也可将某些相同加工操作用宏指令编制成通用程序，供循环调用。宏程序的应用离不开相关的数学知识，其中三角函数、解析几何是最主要、最直接的。就是用公式来加工零件的，比如说椭圆，如果没有宏的话，我们要逐点算出曲线上的点，然后慢慢来用直线逼近，如果是个光洁度要求很高的工件的话，那么需要计算很多的点，可是应用了宏后，我们把椭圆公式输入到系统中然后我们给出Z坐标并且每次加10um那么宏就会自动算出X坐标并且进行切削，实际上宏在程序中主要起到的是运算作用。对简单平面曲线轮廓进行加工，是采用小直线段逼近曲线来完成的。具体算法为：采用某种规律在曲线上取点，然后用小直线段将这些点连接起来完成加工。

1球面加工

加工如图1所示球面，使用的刀具：粗加工可以使用键槽铣刀或立铣刀，也可以使用球头铣刀。精加工应使用球头铣刀。

球面加工的走刀路线，一般使用一系列水平面截球面所形成的同心圆来完成走刀。在进刀控制上有从上向下进刀和从下向上进刀两种，一般应使用从下向上进刀来完成加工，此时主要利用铣刀侧刃切削，表面质量较好，端刃磨损较小，同时切削力将刀具向欠切方向推，有利于控制加工尺寸。在数控加工中，行切和环切是典型的两种走刀路线。行切在手工编程时多用于规则矩形平面、台阶面和矩形下陷加工，对非矩形区域的行切一般用自动编程实现。环切主要用于轮廓的半精、精加工及粗加工，用于粗加工时，其效率比行切低，但可方便的用刀补功能实现。

在半球曲面加工中，使用环切路线。环切加工是利用已有精加工刀补程序，通过修改刀具半径补偿值的方式，控制刀具从内向外或从外向内，一层一层去除工件余量，直至完成零件加工。如图2。

编写环切加工程序，需解决三个问题：

1、环切刀具半径补偿值的计算；

2、环切刀补程序工步起点（下刀点）的确定，如图2；

3、如何在程序中修改刀具半径补偿值。

2进刀控制算法

進刀点的计算，如图3。

先根据允许的加工误差和表面粗糙度，确定合理的Z向进刀量，再根据给定加工深度Z，计算加工圆的半径，即：r=sqrt[R2-z2]。此算法走刀次数较多。先根据允许的加工误差和表面粗糙度，确定两相邻进刀点相对球心的角度增量，再根据角度计算进刀点的r和Z值，即Z=R*sinθ，r=R*cosθ。

进刀轨迹的处理：对立铣刀加工，曲面加工是刀尖完成的，当刀尖沿圆弧运动时，其刀具中心运动轨迹也是一行径的圆弧，只是位置相差一个刀具半径。

对球头刀加工，曲面加工是球刃完成的，其刀具中心是球面的同心球面，半径相差一个刀具半径。

对于封闭轮廓的刀补加工程序来说，一般选择轮廓上凸出的角作为切削起点，对内轮廓，如没有这样的点，也可以选取圆弧与直线的相切点，以避免在轮廓上留下接刀痕。在确定切削起点后，再在该点附近确定一个合适的点，来完成刀补的建立与撤消，这个专用于刀补建立与撤消的点就是刀补程序的工步起点，一般情况下也是刀补程序的下刀点。一般而言，当选择轮廓上凸出的角作为切削起点时，刀补程序的下刀点应在该角的角平分线上（45°方向），当选取圆弧与直线的相切点或某水平/垂直直线上的点作为切削起点时，刀补程序的下刀点与切削起点的连线应与直线部分垂直。在一般的刀补程序中，为缩短空刀距离，下刀点与切削起点的距离比刀具半径略大一点，下刀时刀具与工件不发生干涉即可。但在环切刀补程序中，下刀点与切削起点的距离应大于在上一步骤中确定的最大刀具半径补偿值，以避免产生刀具干涉报警。加工图1所示外球面。为对刀方便，宏程序编程零点在球面最高点处，采用从下向上进刀方式。

3外球面加工

加工图1所示外球面。为对刀方便，宏程序编程零点在球面最高点处，采用从下向上进刀方式。立铣刀加工宏程序号为%0001，球刀加工宏程序号%0002。

4结论

用户宏程序功能允许使用变量、算术和逻辑运算、以及条件分支控制，这便于普通加工程序的发展，如发展成打包好的自定义的固定循环。加工程序可利用一简单的指令来调用宏程序，就像使用子程序一样。达到高速、精准切削。

参考文献：

[1] 唐治安，杨文源.用于CNC系统轨迹控制插补计算的新方法[D] ，2009.

[2] 邵俊鹏，董玉红.机床数控技术[M].哈尔滨工业大学出版社，1996.

[3]Frederick，M，Proctro，James.Albus：Open-architecture，Controllers.IEEE Spectrumjune. 1997（2）.

作者简介：

张红（1979-），女，山东菏泽人，研究方向：数控加工技术。