數(shù)控宏程序在銑削凹槽中的應(yīng)用

何玉山

(湖南永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 農(nóng)學(xué)部，湖南 永州 425000)

0 引言

在數(shù)控加工中，行切和環(huán)切是銑削凹槽中典型的兩種走刀路線。用戶宏程序是使用變量進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和函數(shù)混合運(yùn)算及條件轉(zhuǎn)移等形式編寫(xiě)程序，環(huán)切和行切的走刀路線采用宏程序編制出來(lái)的程序更靈活和更高效。

1 行切

一般來(lái)說(shuō)，行切主要用于粗加工，在手工編程時(shí)多用于規(guī)則矩形平面、臺(tái)階面和矩形凹槽加工，對(duì)非矩形區(qū)域的行切一般用自動(dòng)編程實(shí)現(xiàn)。

1.1 矩形區(qū)域的行切計(jì)算

(1)矩形平面的行切區(qū)域計(jì)算

如圖1 所示，矩形平面一般采用圖示直刀路線加工，在主切削方向，刀具中心需切削至零件輪廓邊，在進(jìn)刀方向，在起始和終止位置，刀具邊沿需探出工件一定距離，以防止欠切。

工件尺寸如圖2 所示，采用φ60 面銑刀加工，步距50mm，上、下邊界刀具各伸出10mm。則行切區(qū)域尺寸為800 ×560(600 +10 ×2－60)。

(2)矩形凹槽的行切區(qū)域計(jì)算

對(duì)矩形凹槽而言，由于行切只用于去除中間部分余量，凹槽的輪廓是采用環(huán)切獲得的，因此其行切區(qū)域?yàn)榘刖庸ば纬傻木匦螀^(qū)域，計(jì)算方法與矩形平面類(lèi)似。

圖1 行切直刀路線

圖2 凹槽零件

如凹槽尺寸100 ×80，由圓角R6 選φ12 銑刀，精加工余量0.5mm，步距10mm，則半精加工形成的矩形為(100－12 ×2－0.5 ×2)×(80－12 ×2－0.5 ×2)=75 ×55。如行切上、下邊界刀具各伸出1mm，則實(shí)際切削區(qū)域尺寸=75 ×(55 +2－12)=75 ×45。

1.2 行切的子程序?qū)崿F(xiàn)

對(duì)于行切走刀路線而言，每往返切削一次，其切削動(dòng)作形成一種重復(fù)，如果將往返切削一次做成增量子程序，則利用子程序的重復(fù)可完成行切加工。

(1)切削次數(shù)與子程序重復(fù)次數(shù)計(jì)算

進(jìn)刀次數(shù)n =總進(jìn)刀距離/步距=47/10 =4.5，實(shí)際需切削6 刀，進(jìn)刀5 次。

子程序重復(fù)次數(shù)m =n/2 =5/2 =2，剩余一刀進(jìn)行補(bǔ)刀。

步距的調(diào)整:步距=總進(jìn)刀距離/切削次數(shù)。

說(shuō)明:

當(dāng)實(shí)際切削次數(shù)約為偶數(shù)刀時(shí)，應(yīng)對(duì)步距進(jìn)行調(diào)整，以方便程序編寫(xiě);

當(dāng)實(shí)際切削次數(shù)約為奇數(shù)刀時(shí)，可加1 成偶數(shù)刀，再對(duì)步距進(jìn)行調(diào)整，或直接將剩下的一刀放在行切后的補(bǔ)刀中，此時(shí)不需調(diào)整步距。

由于行切最后一刀總是進(jìn)刀動(dòng)作，故行切后一般需補(bǔ)刀。

例1 對(duì)圖2 零件，編程零點(diǎn)設(shè)在工件中央，下刀點(diǎn)選在左下角點(diǎn)，加工程序如下:

1.3 行切宏程序?qū)崿F(xiàn)

對(duì)圖2 零件，編程零點(diǎn)設(shè)在工件中央，下刀點(diǎn)選在左下角點(diǎn)，加工宏程序如下(本程序未考慮分層下刀問(wèn)題):

2 環(huán)切

環(huán)切加工是利用已有精加工刀補(bǔ)程序，通過(guò)修改刀具半徑補(bǔ)償值的方式，控制刀具從內(nèi)向外或從外向內(nèi)，一層一層去除工件余量，直至完成零件加工。環(huán)切主要用于輪廓的粗加工、半精及精加工，用于粗加工時(shí)，其效率比行切低，但可以很方便的用刀補(bǔ)功能實(shí)現(xiàn)。

編寫(xiě)環(huán)切加工程序，需解決三個(gè)問(wèn)題:

(1)環(huán)切刀具半徑補(bǔ)償值的計(jì)算;

(2)環(huán)切刀補(bǔ)程序工步起點(diǎn)(下刀點(diǎn))的確定;

(3)如何在程序中修改刀具半徑補(bǔ)償值。

2.1 環(huán)切刀具半徑補(bǔ)償值的計(jì)算

確定環(huán)切刀具半徑補(bǔ)償值可按如下步驟進(jìn)行:

(1)確定刀具直徑、走刀步距和精加工余量;

(2)確定半精加工和精加工刀補(bǔ)值;

(3)確定環(huán)切第一刀的刀具中心相對(duì)零件輪廓的位置(第一刀刀補(bǔ)值);

(4)根據(jù)步距確定中間各刀刀補(bǔ)值。

例2 用環(huán)切方案加工圖3 零件凹槽，環(huán)切路線為從內(nèi)向外。

圖3 凹槽零件

環(huán)切刀補(bǔ)值確定過(guò)程如下:

①根據(jù)凹槽圓角半徑R6，選取φ12 鍵槽銑刀，精加工余量為0.5mm，走刀步距取10mm。

②由刀具半徑6，可知精加工和半精加工的刀補(bǔ)半徑分別為6 和6.5mm;

③如圖所示，為保證第一刀的左右兩條軌跡按步距要求重疊，則兩軌跡間距離等于步距，則該刀刀補(bǔ)值=30－10/2 =25mm。

④根據(jù)步距確定中間各刀刀補(bǔ)值，

第二刀刀補(bǔ)值=25－10 =15mm

第三刀刀補(bǔ)值=15－10 =5，該值小于半精加工刀補(bǔ)值，說(shuō)明此刀不需要。

由上述過(guò)程，可知，環(huán)切共需4 刀，刀補(bǔ)值分別為25、15、6.5、6mm。

2.2 環(huán)切刀補(bǔ)程序工步起點(diǎn)(下刀點(diǎn))的確定

對(duì)于封閉輪廓的刀補(bǔ)加工程序來(lái)說(shuō)，一般選擇輪廓上凸出的角作為切削起點(diǎn)，對(duì)內(nèi)輪廓，如沒(méi)有這樣的點(diǎn)，也可以選取圓弧與直線的相切點(diǎn)，以避免在輪廓上留下接刀痕。在確定切削起點(diǎn)后，再在該點(diǎn)附近確定一個(gè)合適的點(diǎn)，來(lái)完成刀補(bǔ)的建立與撤消，這個(gè)專(zhuān)用于刀補(bǔ)建立與撤消的點(diǎn)就是刀補(bǔ)程序的工步起點(diǎn)，一般情況下也是刀補(bǔ)程序的下刀點(diǎn)。

一般而言，當(dāng)選擇輪廓上凸出的角作為切削起點(diǎn)時(shí)，刀補(bǔ)程序的下刀點(diǎn)應(yīng)在該角的角平分線上(45°方向)，當(dāng)選取圓弧與直線的相切點(diǎn)或某水平/垂直直線上的點(diǎn)作為切削起點(diǎn)時(shí)，刀補(bǔ)程序的下刀點(diǎn)與切削起點(diǎn)的連線應(yīng)與直線部分垂直。在一般的刀補(bǔ)程序中，為縮短空刀距離，下刀點(diǎn)與切削起點(diǎn)的距離比刀具半徑略大一點(diǎn)，下刀時(shí)刀具與工件不發(fā)生干涉即可。但在環(huán)切刀補(bǔ)程序中，下刀點(diǎn)與切削起點(diǎn)的距離應(yīng)大于在上一步驟中確定的最大刀具半徑補(bǔ)償值，以避免產(chǎn)生刀具干涉報(bào)警。如對(duì)圖1 零件，取R30 圓弧圓心為編程零點(diǎn)，取R30 圓弧右側(cè)端點(diǎn)作為切削起點(diǎn)，如刀補(bǔ)程序僅用于精加工，下刀點(diǎn)取在(22，0)即可，該點(diǎn)至切削起點(diǎn)距離=8mm。但在環(huán)切時(shí)，由于前兩刀的刀具半徑補(bǔ)償值大于8mm，建立刀補(bǔ)時(shí)，刀具實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向是向左，而程序中指定的運(yùn)動(dòng)方向是向右，撤消刀補(bǔ)時(shí)與此類(lèi)似，此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生刀具干涉報(bào)警。因此合理的下刀點(diǎn)應(yīng)在編程零點(diǎn)(0，0)。

2.3 在程序中修改刀具半徑補(bǔ)償值

在程序中修改刀具半徑補(bǔ)償值可采用如下方法

(1)在刀補(bǔ)表中設(shè)好環(huán)切每一刀的刀具半徑補(bǔ)償值，然后在刀補(bǔ)程序中修改刀具補(bǔ)償號(hào)。

例2.1 直接在G41/G42 程序段修改刀具補(bǔ)償號(hào)

例2.2 用宏變量表示刀具補(bǔ)償號(hào)，利用循環(huán)修改刀具補(bǔ)償號(hào)

(2)使用G10 修改刀具補(bǔ)償半徑

例2.3 使用G10 和子程序完成環(huán)切

例2.4 使用G10 和循環(huán)完成環(huán)切

(3)直接用宏變量對(duì)刀補(bǔ)值賦值

例2.5 直接用宏變量對(duì)刀補(bǔ)值賦值，利用循環(huán)完成環(huán)切。

說(shuō)明:在G41 X30 d#10 中，#10 表示刀具補(bǔ)償號(hào)，而在G41 X30 d［#10］中，#10 表示刀具半徑補(bǔ)償值，此用法在FANUC 說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有，但實(shí)際使用的結(jié)果確實(shí)如此，如所用系統(tǒng)不支持此用法，就只用示例2.4 用法。

2.4 環(huán)切宏程序

當(dāng)使用刀具半徑補(bǔ)償來(lái)完成環(huán)切時(shí)，不管我們采用何種方式修改刀具半徑補(bǔ)償值，由于受刀補(bǔ)建、撤的限制，它們都存在走刀路線不夠簡(jiǎn)潔，空刀距離較長(zhǎng)的問(wèn)題。對(duì)于象圖1 所示的輪廓，其刀具中心軌跡很好計(jì)算，此時(shí)如用宏程序直接計(jì)算中心軌跡路線，則可簡(jiǎn)化走刀路線，縮短空刀距離。

例3 完全使用宏程序的環(huán)切加工，如圖4 所示，用#1、#2 表示輪廓左右和上邊界尺寸，編程零點(diǎn)在R30圓心，加工起始點(diǎn)放在輪廓右上角(可削除接刀痕)。

圖4 凹槽工件

3 結(jié)束語(yǔ)

用戶宏程序時(shí)的主要方便之處在于可以用變量代替具體數(shù)值，因而在加工同一類(lèi)的零件時(shí)，只需將實(shí)際的值賦予變量即可，而不需要對(duì)每一個(gè)零件都編一個(gè)程序，使得編制相同加工操作的程序更方便、更容易，編制出來(lái)的程序更靈活、更高效。

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