茍建峰，彭美武，盧萬強，王 強

（1.四川大學制造科學與工程學院，成都 610065；2.四川工程職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，四川德陽 618000：3.東方汽輪機有限公司，四川德陽 618000）

基于漸變非圓曲線輪廓零件的參數(shù)編程研究*

茍建峰1，2，彭美武2，盧萬強2，王 強3

（1.四川大學制造科學與工程學院，成都 610065；2.四川工程職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，四川德陽 618000：3.東方汽輪機有限公司，四川德陽 618000）

文章針對數(shù)控銑削中漸變非圓曲線零件輪廓復雜，編程困難（沒有現(xiàn)成指令可應用，往往需要自動編程，程序復雜）的問題。在分析漸變非圓曲線成型特點的基礎(chǔ)上，采用建立非圓曲線的數(shù)學模型并推導出相關(guān)參數(shù)表達式，利用數(shù)控系統(tǒng)的用戶宏功能，開發(fā)出具有較高實用價值的漸變非圓曲線輪廓加工的參數(shù)程序。通過驗證，該方法大大簡化了程序，節(jié)省了加工時間，提高了生產(chǎn)效率和加工精度。在實際生產(chǎn)中有一定的推廣應用價值。

非圓曲線；參數(shù)編程；橢圓；加工

0 引言

數(shù)控鏜銑床、加工中心往往適合加工精度比較高，形狀復雜的零件?，F(xiàn)有一零件如圖1所示。該零件型腔部分的頂部是一個直徑為140㎜深度6㎜的圓形型腔，底部為一個長半軸為50㎜，短半軸為30㎜，深度6㎜的橢圓型腔，中間是呈線性的過渡部分，也是加工的關(guān)鍵部分，需要在數(shù)控銑床或者加工中心上加工。而以往對這類漸變非圓曲線輪廓的加工一般采用CAD/CAM軟件自動編程，而自動編程需要建模，后處理生成數(shù)控程序，程序極為復雜，加工效率低。

本文針對上述問題在分析漸變非圓曲線成型特點的基礎(chǔ)上，采用建立非圓曲線的數(shù)學模型并推導出相關(guān)參數(shù)表達式，并利用數(shù)控系統(tǒng)提供的用戶宏功能分層對漸變非圓曲線輪廓進行加工。并根據(jù)表面粗糙度要求準確計算出分層等高加工時的切深。通過驗證，該方法大大簡化了程序，節(jié)省了加工時間，提高了生產(chǎn)效率和加工精度。在實際生產(chǎn)中有一定的推廣應用價值。

圖1 非圓曲線零件圖

1 數(shù)學模型的建立

該零件頂部的圓形型腔以及底部的橢圓型腔容易加工，一般我們采用立銑刀就可以實現(xiàn)。然而加工該零件最關(guān)鍵的部分是中間呈線性的過渡部分，編程困難，加工難度大。我們往往采用球頭銑刀并且利用參數(shù)編程分層銑削來實現(xiàn)。而加工中間部分的關(guān)鍵是確定過渡橢圓的方程，即找出在Z向的每一個截面上橢圓的長、短軸。同時還要根據(jù)加工的精度要求來確定Z軸方向分層銑削時每次切削的深度。

1.1 過渡部分非圓曲線方程的確定

要確定過渡橢圓的方程，首先要確定在Z軸方向的每一個截面上橢圓的長、短軸。將該零件沿分別沿長軸和短軸剖開。圖2為零件沿長、短軸剖視圖。圖2a為沿長軸剖視圖，其中α表示線性化過渡部分與Z軸的夾角，h表示分層銑削時每次切削的深度。根據(jù)如圖2a所示的幾何位置關(guān)系，通過三角函數(shù)計算各尺寸如下：

圖2 零件沿長、短軸剖視圖

其中BC為中間線性過渡部分的橢圓長半軸之差，AB為中間線性過渡部分在Z軸方向的深度。

其中a1為當在每次切深h后所形成的橢圓長半軸增加或者減少的值。

同理，圖2b為沿短軸剖視圖，其中β表示線性化過渡部分與Z軸的夾角，h表示分層銑削時每次切削的深度。

其中FG為中間線性過渡部分的橢圓短半軸之差，AF為中間線性過渡部分在Z軸方向的深度。

其中b1為當在每次切深h后所形成的橢圓短半軸增加或者減少的值。

由上式（1）、式（2）及原橢圓的方程可以得出新產(chǎn)生的橢圓的方程為：

1.2 分層銑削時每次切深的確定

在沿斜面方向分層銑削加工時，Z向下刀深度一般是由操作人員根據(jù)自己的實際經(jīng)驗選取，而這種加工精度往往很難保證。用球頭銑刀沿斜面Z向下刀時，相鄰兩次刀具軌跡之間往往都會產(chǎn)生一個未加工的殘留區(qū)域，如圖3所示，而要加工表面的精度與未加工的殘留區(qū)域高度密切相關(guān)。即它的大小決定了要加工表面的表面粗糙度。所以在進行程序編制時，必須根據(jù)加工表面的精度要求，由表面粗糙度合理計算出每次切深，嚴控殘留高度。

圖3 分層銑削示意圖

如圖3所示，AB為相鄰刀軌球頭銑刀球心距離，過渡斜面與水平面的夾角為α，相鄰刀軌切削過的殘留高度為CD，分層銑削時每次切深為h，如圖所示通過計算如下：

由圖3可知AD=BD=CE=R 即等于球頭銑刀的半徑。

由式（3）、（4）、（5）聯(lián)求的殘留高度的計算公式為：

該零件要求加工表面粗糙度為Ra3.2μm，過渡面與水平面的夾角為crctan2.2，約為66°，選用φ20mm的球頭銑刀進行等高加工，根據(jù)數(shù)據(jù)代入殘留高度計算公式（6），

算出分層銑削時每次切深h約為1.46mm。

2 宏程序開發(fā)與實施

完成了該零件過渡部分漸變非圓曲線方程的確定，以及通過表面粗糙度計算得出的分層銑削時每次切削的深度值。然后逐層進行非圓曲線加工，以順銑的方式單向完成切削加工。流程如圖4所示。選用FANUC0i系統(tǒng)進行編程，宏程序如下：

圖4 宏程序開發(fā)流程圖

3 加工驗證

完成宏程序的編制后，首先在仿真軟件中檢驗程序的正確性，如圖5所示。然后選用KVC650機床進行實際加工，完全達到零件的要求。與此同時，我們也用CAD/CAM軟件自動編程加工，所有參數(shù)設(shè)置均與宏程序完全相同。結(jié)果兩種程序加工零件的質(zhì)量幾乎沒有差別，但宏程序從程序行數(shù)及字節(jié)數(shù)遠小于CAD/CAM軟件自動生成的程序，大大節(jié)約了走刀時間。在程序的通用性方面而言，當過渡部分尺寸變化時，往往只需修改宏程序中相關(guān)變量的賦值即可。若采用自動編程方式，從造型、產(chǎn)生刀路到生成程序、DNC程序傳輸，兩者的加工效率不可比擬［7］。如表1所示。因此在漸變非圓曲線輪廓加工中運用宏程序非?？扇　?/p>

圖5 CIMCO程序仿真

表1 SALBP方案2優(yōu)化結(jié)果

4 結(jié)論

通過利用宏程序完成對上述漸變非圓曲線零件的程序開發(fā)充分表明：①對漸變式非圓曲線采用變量宏程序編程和采用CAD/CAM軟件自動編程相比較，變量宏程序可以大大簡化程序，增強數(shù)控系統(tǒng)的功能。節(jié)省加工時間，提高生產(chǎn)效率。②也解決了以往在編程中每次切深由操作人員根據(jù)自己的實際經(jīng)驗選取，加工精度很難保證的難題。③為其他非圓曲線的參數(shù)編程提供借鑒。在實際生產(chǎn)中有一定的推廣應用價值。

［1］吳金會，劉越.基于宏程序的方形體斜角面銑削加工應用研究［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2012（5）：64-96.

［2］薛明趙薇.基于數(shù)控車削非圓二次曲線零件加工的研究［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2013（4）：129-131.

［3］顧雪艷.數(shù)控加工編程操作技巧與禁忌［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［4］斯密德.FANUC數(shù)控系統(tǒng)用戶宏程序與編程技巧［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007.

［5］陳洪濤.數(shù)控加工工藝與編程［M］.北京：高等教育出版社，2003.

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［7］郭德橋.基于球頭銑刀在斜面加工中的參數(shù)編程研究［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2013（5）：98-100.

［8］斯密德·彼得.數(shù)控編程手冊［M］.羅學科，劉瑛，黃根隆，等，譯.北京：化學工業(yè)出版社，2005.

［9］解海濱.數(shù)控加工技術(shù)實訓［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

（編輯 趙蓉）

Based on the Gradient Parameters of the Non-circular Curve Contour Parts Programming Research

GOU Jian-feng1，2，PENGMei-wu2，LUWan-qiang2，WANG Qiang3
（1.School of Manufacturing Science and Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China；2.Mechanical and Electronic Engineering Department，Sichuan Engineering Technical College，Deyang Sichuan 618000；3.Dongfang Turbine Co.，LTD，Deyang Sichuan 618000，China）

Nc milling china-africa circular curve parts contour complex，programming difficulty（no ready instructions can be used，often require automatic programming，program complex）.On the basis of analyzing the characteristics of the non-circular curve shape，put forward by establishing the mathematical model and deduce the expression of related parameters.Using the numerical control system of user macro，developed has high practical value of non-circular curve contour machining，the parameters of the program，and Through the verification，the method greatly simplifies the process，saves processing time，improve production efficiency and machining accuracy.Have certain application value in actual production.

the non-circular curve；parameter programming；the ellipse；processing

TH126；TG51

A

1001-2265（2015）04-0146-03 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.04.039

2014-08-01；

2014-09-07

德陽市2012年度重點科技計劃（科技支撐計劃、校企科技合作）項目（2012ZZ040-1）

茍建峰（1983—），男，陜西寶雞人，四川工程職業(yè)技術(shù)學院講師，碩士，技師，研究方向為數(shù)控加工技術(shù)，（E-mail）gjf0423@163.com。