胡吉友

摘 要：“圓柱插補(bǔ)”這種功能，通常針對(duì)于解決圓柱凸輪加工，同時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的加工設(shè)備則是具有旋轉(zhuǎn)軸的加工中心或數(shù)控銑床。我們知道，數(shù)控機(jī)床是按照數(shù)控程序所確定的軌跡（刀軌）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而加工出產(chǎn)品的表面形狀，刀軌則是由無數(shù)微小的點(diǎn)連接而成，點(diǎn)與點(diǎn)之間只能以直線或圓弧兩種運(yùn)動(dòng)形式完成插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。

關(guān)鍵詞：圓柱插補(bǔ)；廓線轉(zhuǎn)換；后處理；替換；NURBS曲線

近年來，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)突飛猛進(jìn)，許多關(guān)鍵技術(shù)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)突破，但是，整個(gè)機(jī)床行業(yè)，特別是高端數(shù)控產(chǎn)品的進(jìn)口率仍居高不下，其中很多出口國(guó)屬于標(biāo)準(zhǔn)配置的功能，在我國(guó)竟然作為一種功能選項(xiàng)，其中就包括所謂的“圓柱插補(bǔ)”?！皥A柱插補(bǔ)”這種功能，通常針對(duì)于解決圓柱凸輪加工，同時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的加工設(shè)備則是具有旋轉(zhuǎn)軸的加工中心或數(shù)控銑床。我們知道，數(shù)控機(jī)床是按照數(shù)控程序所確定的軌跡（刀軌）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而加工出產(chǎn)品的表面形狀，刀軌則是由無數(shù)微小的點(diǎn)連接而成，點(diǎn)與點(diǎn)之間只能以直線或圓弧兩種運(yùn)動(dòng)形式完成插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)?；趫A弧插補(bǔ)的本質(zhì)上也是點(diǎn)與點(diǎn)之間距離趨于0的連接，筆者認(rèn)為，圓弧插補(bǔ)實(shí)際也應(yīng)當(dāng)屬于直線插補(bǔ)的一種表現(xiàn)形式。本文所講述的最終替代方案，正是建立在這種基礎(chǔ)上的。

1 常規(guī)的旋轉(zhuǎn)軸替換法

通常，只要提供圓柱凸輪的CAD的展開圖，經(jīng)適當(dāng)處理后僅保留刀軌廓線（如圖1），然后把此廓線導(dǎo)入CAM軟件適當(dāng)位置，點(diǎn)擊刀具路徑-外形銑削，按提示選擇線串，確定后彈出外形銑削（2D）對(duì)話框，設(shè)置適當(dāng)?shù)牡毒邊?shù)，并激活旋轉(zhuǎn)軸候選框，軸之取代選擇Y軸，確認(rèn)旋轉(zhuǎn)方向與機(jī)床回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)方向相同，同時(shí)輸入圓柱凸輪的實(shí)際直徑35，確定。再點(diǎn)選外形銑削參數(shù)，關(guān)閉刀具半徑補(bǔ)償，設(shè)置適當(dāng)?shù)牡毒咂鹗键c(diǎn)、加工深度，確定退出。接著，再點(diǎn)擊操作管理，經(jīng)路徑模擬與實(shí)體驗(yàn)證正確后，后處理輸出NC加工程序。

現(xiàn)在，我們抽取程序行號(hào)N236～N284，對(duì)比圖1，得知此部分程序刀軌移動(dòng)了兩個(gè)圓弧和一條線段，僅用了26個(gè)刀點(diǎn)位，平均每段圓弧約為13個(gè)刀位點(diǎn)，用作圖法求出刀軌步長(zhǎng)，可得知理想路徑與實(shí)際路徑間存在差距。

如上所述，CAM的常規(guī)操作方法可以實(shí)現(xiàn)一般精度的加工要求，操作簡(jiǎn)單快捷，可以部分替代數(shù)控機(jī)床的“圓柱插補(bǔ)”功能，但精度較高的加工場(chǎng)合無法取代。

2 NURBS曲線再處理法

鑒于CAM軟件在處理圓弧曲線時(shí)不能手動(dòng)調(diào)節(jié)精度，其內(nèi)置的方案是不可控的，筆者通過實(shí)驗(yàn)證明，NURBS曲線的控制點(diǎn)就是CAM刀位點(diǎn)，這就為我們處理廓線時(shí)提供了一個(gè)可靠的依據(jù)，只要把圖1中的圓弧等分足夠多的點(diǎn)，再用NURBS曲線連接，那么，實(shí)際路徑與理想路徑的誤差將可以無限??！

2.1 點(diǎn)的生成

執(zhí)行等分點(diǎn)命令，輸入等分?jǐn)?shù)30（根據(jù)所需精度任意確定），再分別選擇圖1中廓線的圓弧，然后刪除圓弧線，存盤。

2.2 NVRBS曲線的生成

從UG NX軟件導(dǎo)入包含點(diǎn)的曲線，執(zhí)行樣條曲線命令，點(diǎn)選通過點(diǎn)集的曲線，再按提示選擇起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，生成NURBS曲線。分別執(zhí)行，共生成5條NUBRS曲線。接著刪除所有的點(diǎn)，再把曲線導(dǎo)出為IGES類型文件。

2.3 導(dǎo)入處理后的曲線

啟動(dòng)CAM軟件，執(zhí)行檔案轉(zhuǎn)換功能，導(dǎo)入剛才處理好的IGES文件。

2.4 程序的生成

點(diǎn)擊刀具路徑-外形銑削，按提示選擇線串，確定后彈出外形銑削（2D）對(duì)話框，設(shè)置適當(dāng)?shù)牡毒邊?shù)，并激活旋轉(zhuǎn)軸候選框，軸之取代選擇Y軸，同時(shí)輸入圓柱凸輪的實(shí)際直徑35，確定。再點(diǎn)選外形銑削參數(shù)，關(guān)閉刀具半徑補(bǔ)償，設(shè)置適當(dāng)?shù)牡毒咂鹗键c(diǎn)、加工深度，確定退出。接著，再點(diǎn)擊操作管理，經(jīng)路徑模擬與實(shí)體驗(yàn)證正確后，后處理輸出NC加工程序。

我們不用深究該程序的精度，僅從生成的程序行號(hào)便知，步長(zhǎng)已經(jīng)變小，實(shí)際路徑與理想路徑已經(jīng)更為接近——當(dāng)然，等分的點(diǎn)越多，精度也就越高！

3 結(jié)束語

本文以某包含圓柱凸輪槽的零件為例，利用CAM軟件的坐標(biāo)軸替換功能輸出了等同“圓柱插補(bǔ)”的NC加工程序，并用NURBS曲線替代圓弧解決了精度不可控的問題，經(jīng)車間實(shí)際加工驗(yàn)證，該程序滿足使用要求，可以完美替代“圓柱插補(bǔ)”。