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(shù)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(shù)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(xiàn)程序編制。本文針對數(shù)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(yīng)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(jié)果和實踐生產(chǎn)結(jié)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(chǎn)中數(shù)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(diào)用系統(tǒng)中的局部變量、公共變量及系統(tǒng)變量進行參數(shù)化編程。一般情況下，程序結(jié)構(gòu)不變，設(shè)置的一些參數(shù)形式的變量，根據(jù)零件加工要求，將正確的數(shù)據(jù)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(jīng)“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(shù)控程序段太多，程序冗長，占用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)進行宏程序編制，該宏程序中需要設(shè)置的參數(shù)變量如表1所示。

圖1 放射加工路線變量參數(shù)

圖2 等高加工路線變量參數(shù)

表1 圓錐臺面加工的參數(shù)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(shù)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(yīng)用較多的加工方法。一種是以角度為自變量生成等角度環(huán)繞加工軌跡，在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)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(huán)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(xiàn)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(huán)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(jié)合以上分析，加工圖1零件選用工件坐標系原點設(shè)在零件上面的中心位置。數(shù)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(xiàn)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(huán)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(jié)合以上分析，加工圖2零件選用工件坐標系原點設(shè)在零件上面的中心位置。數(shù)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(huán)語句，程序段少，簡明、直觀，便于修改和調(diào)整，機床在執(zhí)行程序時更加快捷。

5 刀具路徑驗證

采用FANUC 0i系統(tǒng)數(shù)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(zhuǎn)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(diào)試過程中，如果出現(xiàn)報警等其他錯誤提示，需要修改程序中程序字參數(shù)或更改模擬數(shù)控系統(tǒng)中的工藝參數(shù)，進行再次模擬刀路驗證，直至實現(xiàn)正確的刀路。

在數(shù)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(guān)工藝參數(shù)設(shè)置，使用FANUC 0i系統(tǒng)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(xiàn)報警等其他錯誤提示，一般是對刀參數(shù)以及補償參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)了問題，需對其進行參數(shù)更改，直至加工出合格的零件。調(diào)試完成的程序可高效地加工出高表面質(zhì)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(shù)和加工精度要求不同時，只需要改變宏程序中的相應(yīng)變量的數(shù)值，程序?qū)詣佑嬎愠鱿嚓P(guān)的數(shù)據(jù)生成刀軌，執(zhí)行相應(yīng)的加工，加工出合格的產(chǎn)品；③采用放射加工和等高加工，由于選用的變量參數(shù)選值的不同，對加工表面質(zhì)量會有影響，對刀具的使用壽命也會有影響。

6 結(jié)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(shù)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(xiàn)圓錐臺面加工。對數(shù)控銑削加工中更好地應(yīng)用宏程序進行程序編制提供了參考思路。