基于偏移刀具法的倒角銑削編程技術(shù)研究

0 引言

在機(jī)械加工中形成的毛刺或銳邊會出現(xiàn)劃傷人手的安全問題，還會對零件的加工精度、裝配精度、定位、外觀質(zhì)量等方面產(chǎn)生不良影響，因此需要將其加工成倒角，倒角尺寸一般為

0.2～0.5 mm。為了便于裝配，零件的端部也設(shè)計倒角，倒角尺寸一般較大，以獲得良好的導(dǎo)向效果。對于形狀復(fù)雜的零件，輪廓需要倒角的部位更多。近年來，倒角銑削編程方法的研究引起了專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。在手工編程方面，周智敏等

利用球頭銑刀結(jié)合宏程序進(jìn)行了手工倒圓角、倒斜角的編程研究；王西建等

利用平底刀和球頭刀結(jié)合宏程序與刀具補(bǔ)償指令（G10）進(jìn)行了倒角通用宏程序的編程研究；魯淑葉

以孔口倒角為研究對象，利用平底立銑刀和球頭刀，使用G102、G103 宏程序二次開發(fā)的指令，提出一種編寫孔口倒角數(shù)控宏程序的方法，經(jīng)實際驗證效果良好；但上述研究都是基于使用平底刀和球頭刀，在實際生產(chǎn)中，利用倒角刀進(jìn)行編程與加工更為普遍，而且加工效率更高，表面質(zhì)量更好。在自動編程方面，宋澤鋒等

利用MasterCAM 軟件，對采煤機(jī)齒軌輪進(jìn)行了三維倒角編程研究，對齒根部位進(jìn)行倒角，降低了應(yīng)力集中，齒軌輪的使用壽命提高了2倍以上；范仁杰等

分析了倒角過程中的工藝參數(shù)，利用NX UG 對倒角加工進(jìn)行自動編程研究；郎永兵等

以NX 深度輪廓銑為基礎(chǔ)，通過合理配置方法、刀具和刀軌等工序內(nèi)部參數(shù)，完成了任意模型的定尺寸倒角編程，結(jié)合NX 宏的錄制與回放功能實現(xiàn)了任意模型的一鍵倒角編程。上述研究主要是基于NX UG 軟件，考慮倒角編程效率，推薦選用MasterCAM 軟件進(jìn)行自動編程。目前，機(jī)加工零件去毛刺主要通過鉗工手工去除，存在較多缺點，如勞動成本高、工作效率低及人為因素影響大等，有時還會出現(xiàn)因去毛刺不合格導(dǎo)致零件報廢的現(xiàn)象

。為此，以下利用倒角刀，以偏移刀具法為原理，提出了基于宏程序的倒角銑削參數(shù)化編程方法和基于MasterCAM 的倒角銑削自動編程方法。

1 基于偏移刀具法的倒角原理

1.1 偏移刀具法

偏移刀具法是指將刀具刀心徑向外或向內(nèi)偏移1 個偏置量，并根據(jù)加工要求確定其軸向總下刀深度，再進(jìn)行軸向分層銑削的1 種輪廓加工方法。使用偏移刀具法要求具備2 個條件：①使用成型刀具；②軸向有加工深度要求。

當(dāng)天吃飯飲酒的時候，許多客人從別的屋子來呆呆地望著翠姨。翠姨舉著筷子，似乎是在思量著，保持著鎮(zhèn)靜的態(tài)度，用溫和的眼光看著她們。仿佛她不曉得人們專門在看著她似的。但是別的女人們羨慕了翠姨半天了，臉上又都突然地冷落起來，覺得有什么話要說出，又都沒有說，然后彼此對望著，笑了一下，吃菜了。

1.2 倒角刀

倒角加工是利用倒角刀的切削刃完成，與倒角刀底部是尖角結(jié)構(gòu)還是平底結(jié)構(gòu)無關(guān)。但底部是平底結(jié)構(gòu)的倒角刀制造工藝性更好，且強(qiáng)度也優(yōu)于底部是尖角結(jié)構(gòu)倒角刀的強(qiáng)度，因此底部是平底結(jié)構(gòu)的倒角刀更為常見。整體式倒角刀的結(jié)構(gòu)如圖1所示，刀尖角為90°，平底直徑為

、刀桿直徑為

，由這3 個尺寸可得切削刃的軸向刃長

=（

）/2。該類型倒角刀一般采用整體式硬質(zhì)合金材料制造。

1.3 倒角加工過程

圖2所示為使用偏移刀具法進(jìn)行軸端外輪廓倒角的刀具運動過程，倒角尺寸為

。圖2（a）表示刀具定位至參考高度

位置，一般取

=5～10 mm，此時刀心

點與軸端頂部尖角

點在同一直線上；圖2（b）表示刀具向外偏移

；圖2（c）表示刀具定位至下刀位置，此時刀心至加工原點距離為

，一般取

=0.5～1 mm，根據(jù)圖2（c）中刀具與工件的位置關(guān)系可知，刀具需要向下進(jìn)刀

+（

/2），切削刃才能與軸端頂部尖角

點接觸；圖2（d）表示切削刃剛好與軸端頂部尖角

點接觸的臨界位置，此時刀心至加工原點距離

/2

即刀心

向坐標(biāo)為

（

/2），此時刀具位置是刀具插補(bǔ)運動的臨界位置，不需要將該位置編到程序中，此處是為便于分析下刀深度而設(shè)置；圖2（e）表示刀具再向下進(jìn)刀

，即進(jìn)刀至總下刀深度，此時刀心至加工原點距離

/2

即刀心的

向坐標(biāo)為

（

/2

，再通過圓弧插補(bǔ)即可加工

倒角。為保證刀具的定位安全（

>

/2），同時還要考慮總下刀深度不能超過刀具的軸向刃長

即

/2

≤

得到

/2<

≤

/2

實際加工時，如果倒角較小，刀具會從下刀位置直線插補(bǔ)至總下刀深度，刀具沿輪廓銑削一次即可完成倒角加工；如果倒角較大或工件材料較硬，為提高工件的表面質(zhì)量和延長刀具使用壽命，軸向一般要進(jìn)行分層銑削加工。

2 程序編制及應(yīng)用

2.1 案例分析

加工零件如圖3 所示，為80 mm×60 mm×20 mm的塊狀零件，外輪廓倒角尺寸為

2 mm、內(nèi)輪廓倒角尺寸為

1.5 mm，零件材質(zhì)為45鋼。

2.1.1 數(shù)控系統(tǒng)及使用刀具

2.1.2 切削用量選取

使用FANUC Oi 數(shù)控系統(tǒng)；刀具選用整體式硬質(zhì)合金90°倒角刀（三刃、表面帶涂層），可加工硬度60 HRC 以下鋼件，平底直徑為

0.2 mm，刀桿直徑為

6 mm，總長為50 mm。

（1）外輪廓程序代碼及說明。

2.2 基于宏程序的參數(shù)化程序設(shè)計

2.2.1 走刀路線設(shè)計

因圓弧切入、切出方式切削平穩(wěn)、不產(chǎn)生振動、表面不留刀痕，零件表面質(zhì)量好，故選擇圓弧切入、切出方式設(shè)計內(nèi)外輪廓的走刀路線。切入、切出圓弧半徑取

/2

3 mm。因外輪廓為矩形線框輪廓，故在相鄰直線轉(zhuǎn)接處插入過渡圓弧，過渡圓弧的半徑等于刀具偏移量

此處

0.6 mm

走刀路線設(shè)計如圖4所示。

2.2.2 倒角銑削的軸向分層

沒錯，那時我就是一個小流氓加小混蛋，為此，我媽成了扒鍋街最彪悍的女人，最常見的就是她拿著鍋鏟追著我一路狂奔，嘴里不是嚷著“混帳東西”就是“揍死你這個王八羔子”。然后我邊跑邊扭頭沖她叫，我是王八羔子，那你就是王八母羔子，老爹是王八公羔子。

外輪廓總下刀深度=

/2+

0.6

0.2/2+2=2.5 mm；內(nèi)輪廓總下刀深度=0.6

0.2/2+1.5=2 mm。外輪廓軸向分層的總層數(shù)=FUP（2.5/0.3）=FUP（8.3）=9；內(nèi)輪廓軸向分層的總層數(shù)=FUP（2/0.3）=FUP（6.7）=7；函數(shù)FUP（）為FANUC 系統(tǒng)上取整函數(shù)，其含義是如果函數(shù)括號內(nèi)的算式計算結(jié)果是小數(shù)，那么函數(shù)FUP（）將自動舍去小數(shù)位，向遠(yuǎn)離0的方向進(jìn)1。

IF[#9NE#10]GOTO100//當(dāng)軸向已加工層數(shù)不等于軸向分層的總層數(shù)時，程序跳轉(zhuǎn)至N10程序段，軸向分層銑削；當(dāng)軸向已加工層數(shù)等于軸向分層的總層數(shù)時，分層銑削結(jié)束，程序向下執(zhí)行。

由文[1]表7.1可知，滿足Ax.3則對于數(shù)學(xué)模型(3)有X=P,k∈{1,2};滿足Ax.5,對于模型(3)有k=2;滿足Ax.6,對于模型(3)有X∈{N,P,S,T}；于是僅須考慮模型

為了使H公司市場部、財務(wù)部、信用部的所有員工都了解應(yīng)收賬款管理的相關(guān)知識，可以對其進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn)，而且要有針對性的培訓(xùn)。比如，針對市場部的銷售員和信用部人員，催收賬款是他們工作中很重要的一部分，而且催收賬款要講究技巧不能盲目催收，掌握了催收要領(lǐng)就可能事半功倍，反之就可能引起客戶的反感導(dǎo)致惡意拖欠?；诖?，可以對這兩個部門人員進(jìn)行貨款催收技巧的培訓(xùn)，有針對性的培訓(xùn)能夠節(jié)省時間和勞動成本，也能讓員工高效率掌握知識，為業(yè)務(wù)的進(jìn)展提供科學(xué)依據(jù)。另一方面，要提升工作人員在銷售和收款環(huán)節(jié)對票據(jù)和發(fā)票的判斷能力，避免低級錯誤帶來不必要的風(fēng)險。

銑削外輪廓時，刀具

向起刀點坐標(biāo)=0.3×9

2.5

0.3=

0.1；銑削內(nèi)輪廓

向起刀點坐標(biāo)=0.3×7

2

0.3=

0.2。

2.2.4 參數(shù)化程序設(shè)計思路

IF[#10NE#11]GOTO10//當(dāng)軸向已加工層數(shù)不等于軸向分層的總層數(shù)時，程序跳轉(zhuǎn)至N10程序段，軸向分層銑削；當(dāng)軸向已加工層數(shù)等于軸向分層的總層數(shù)時，分層銑削結(jié)束，程序向下執(zhí)行。

2.3 基于宏程序的參數(shù)化編程

根據(jù)上述分析，編制的參數(shù)化加工程序如下。

在高速公路工程建設(shè)過程當(dāng)中，中心試驗室通過對各項施工原材料進(jìn)行合理的檢測，能夠?qū)①|(zhì)量不過關(guān)的施工原材料及時淘汰，有效提升高速公路工程的施工質(zhì)量。由于高速公路工程的施工規(guī)模比較大，工程中的各項施工原材料種類與數(shù)量不斷增多，為了保證各項施工原材料得到更加高效的使用，中心試驗室檢測人員要對各項原材料進(jìn)行科學(xué)的檢測試驗，針對質(zhì)量不過關(guān)的原材料，要及時更換原材料或者重新購買。

使用倒角刀初次加工時，應(yīng)在刀具企業(yè)推薦的切削用量基礎(chǔ)上適當(dāng)降低數(shù)值，防止因轉(zhuǎn)速（

）過高、進(jìn)給量（

）過大而造成切削振動和噪音，影響零件表面質(zhì)量。取

=5 000 r/min，

=500 mm/min；因倒角較大且加工的是鋼件，故軸向需要分層銑削加工，取切削量

a

=0.3 mm。

首先對外輪廓長、寬、倒角刀柄徑、平底直徑、倒角大小、刀具偏移量、計數(shù)器初始值等參數(shù)設(shè)計成變量，其次通過這些變量計算總下刀深度、軸向分層的總層數(shù)、起刀點的

向坐標(biāo)。利用條件轉(zhuǎn)移功能進(jìn)行軸向已加工層數(shù)與軸向分層的總層數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)軸向已加工層數(shù)不等于軸向分層的總層數(shù)時，程序跳轉(zhuǎn)，繼續(xù)軸向分層銑削；當(dāng)軸向已加工層數(shù)等于軸向分層的總層數(shù)時，分層銑削結(jié)束，程序向下執(zhí)行。

2.2.3 倒角刀的軸向定位

實驗室是以專業(yè)為基礎(chǔ)，依托教研室建立起來的，實驗教學(xué)、實驗室人員主要由教研室管理。在這種體制下，各教研室各自為政，實驗室建設(shè)缺乏整體和全局意識，管理分散，實驗室建設(shè)力求小而全，使得實驗設(shè)備、儀器儀表、工具等重復(fù)購置。又由于儀器維修管理制度不全，導(dǎo)致儀器設(shè)備維修困難，進(jìn)度緩慢，也造成了儀器設(shè)備共享障礙。

枸杞子藥材樣品中各有機(jī)酸類成分含量之間相關(guān)性分析顯示，多種有機(jī)酸達(dá)到極顯著正相關(guān)。中藥的功效是多種成分共同作用的結(jié)果，與其不同成分的含量和比例相關(guān)，因此根據(jù)本研究結(jié)果中枸杞子藥材中各有機(jī)酸類成分含量的相關(guān)性有助于進(jìn)一步分析該類成分與復(fù)雜藥效的關(guān)系。

2.4 基于MasterCAM的自動編程

MasterCAM 是基于PC 平臺的集產(chǎn)品設(shè)計與數(shù)控編程加工于一體的CAD/CAM 軟件

。將偏移刀具法用在基于MasterCAM 軟件的倒角銑削自動編程中，具有實際的工程意義和廣泛的應(yīng)用價值。

雙冷源新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)室內(nèi)的濕負(fù)荷的處理，送風(fēng)含濕量8 g/kg(A)時，對應(yīng)的露點溫度僅為10.5 ℃，新風(fēng)送風(fēng)溫度僅為11 ℃。過低的送風(fēng)溫度易造成新風(fēng)口結(jié)露，同時無法對送風(fēng)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，影響舒適度和過渡季節(jié)的使用。

2.4.1 參數(shù)設(shè)置

（1）刀路選擇。單擊“刀路”-“外形”，系統(tǒng)彈出“線框串聯(lián)”對話框，選擇串聯(lián)方式，如圖5 所示，拾取繪圖區(qū)矩形線框，并將箭頭方向調(diào)整為順銑方向，如圖6 所示，單擊確定按鈕，系統(tǒng)彈出“2D 刀具路徑-外形銑削”對話框，如圖7所示。

（2）創(chuàng)建刀具。選擇“2D 刀路-外形銑削”對話框中的“刀具”選項，在刀具列表中，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷方式對話框中選擇“創(chuàng)建刀具”選項，系統(tǒng)彈出“定義刀具”對話框，選擇倒角刀，點擊下一步，系統(tǒng)彈出定義倒角刀對話框，設(shè)置倒角刀角度為刀尖半角45°，其余尺寸按實際使用刀具規(guī)格設(shè)置，點擊下一步，設(shè)置倒角刀的刀號為1、刀長補(bǔ)正為1、半徑補(bǔ)正為1、刀齒數(shù)為3、主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min、進(jìn)給速率為500 mm/min，其余參數(shù)保持默認(rèn)即可，單擊確定按鈕，完成刀具創(chuàng)建。

（3）切削參數(shù)設(shè)置。選擇“2D 刀路-外形銑削”對話框中的“切削參數(shù)”選項，壁邊預(yù)留量即單邊的加工余量，余量為負(fù)值表示加工后外輪廓尺寸比基本尺寸小，內(nèi)輪廓比基本尺寸大。此處加工外輪廓時，刀心向外偏移量為0.6 mm，用刀具半徑減去偏移量得3

0.6=2.4 mm，故設(shè)置外輪廓壁邊預(yù)留量為

2.4 mm；加工內(nèi)輪廓時，刀心向內(nèi)偏移0.6 mm，故內(nèi)輪廓的壁邊預(yù)留量也為

2.4 mm。內(nèi)、外壁邊預(yù)留量設(shè)置如圖8所示；在“軸向分層切削”選項中，設(shè)置軸向分層最大分層步進(jìn)量為0.3 mm，精修量為0，其余切削參數(shù)保持默認(rèn)即可。

（4）共同參數(shù)設(shè)置。選擇“2D-刀路-外形銑削”對話框中的“共同參數(shù)”選項，彈出高度參數(shù)設(shè)置對話框，所有的高度參數(shù)都設(shè)置成絕對坐標(biāo)，其數(shù)值與參數(shù)化程序中相關(guān)高度參數(shù)保持一致，即外輪廓高度參數(shù)設(shè)置如圖9（a）所示，內(nèi)輪廓高度參數(shù)設(shè)置如圖9（b）所示，深度值設(shè)置成總下刀深度，外輪廓為-2.5 mm，內(nèi)輪廓為-2 mm。

2.4.2 刀路仿真

產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新速度存在創(chuàng)新效益門檻效應(yīng)，創(chuàng)新效益總量水平越高，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新速度的彈性系數(shù)越大，創(chuàng)新效益與創(chuàng)新速度可形成良性的正反饋，總體上這是值得肯定的。但從長期看，在企業(yè)創(chuàng)新速度還較低的情況下，適當(dāng)追求創(chuàng)新速度，盡快培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力是十分必要的。在創(chuàng)新速度已經(jīng)很高的情況下，企業(yè)應(yīng)該要以追求創(chuàng)新質(zhì)量為主，提高創(chuàng)新成果的附加值。政府相關(guān)部門要針對不同的創(chuàng)新速度水平采取不同的激勵政策。

添加毛坯實體模型后，單擊“機(jī)床”-“實體仿真”，系統(tǒng)進(jìn)入MasrterCAM 模擬器，按播放按鈕，可查看刀具運動及毛坯切除的情況，毛坯經(jīng)仿真加工后如圖10所示。

3 基于Vericut的仿真加工

Vericut 是先進(jìn)虛擬制造及數(shù)控加工仿真軟件

，具有強(qiáng)大自定義功能，可以輕松搭建與真實加工環(huán)境一致的仿真環(huán)境，而且其仿真完全基于G 代碼且支持宏功能。因此，在加工前利用Vericut 軟件進(jìn)行加工程序驗證可以避免因程序錯誤造成撞機(jī)、撞刀、過切等安全事故，減少了編程人員和加工人員犯錯誤的概率，提高了企業(yè)的加工效率。此處主要使用Vericut 軟件的分析功能，對毛坯經(jīng)仿真加工后形成的模型與工件模型進(jìn)行比較，據(jù)此判斷是否存在過切和欠切現(xiàn)象。如果存在過切或欠切現(xiàn)象，那么在自動比較對話框的下方會出現(xiàn)“檢查錯誤，檢查報告”的報警提示，同時在毛坯模型有過切或欠切的部位會顯示紅色或藍(lán)色；如果毛坯模型未出現(xiàn)紅色和藍(lán)色，那么說明程序正確。但有時也會出現(xiàn)因刀具模型、工件模型的顯示精度低和比較公差設(shè)置過小所造成的過切假象，遇到這種情況應(yīng)仔細(xì)甄別，排除該情況對判斷程序正確性與否的干擾。將2種編程方法所得的加工程序在Vericut軟件中仿真，經(jīng)自動比較后，在自動比較對話框的下方均顯示“沒有區(qū)別”，同時毛坯模型也未出現(xiàn)紅色和藍(lán)色，表明加工程序沒有產(chǎn)生過切或欠切，即驗證了程序的正確性，也說明了使用偏移刀具法編程的有效性，自動比較對話框參數(shù)設(shè)置及比較結(jié)果顯示如圖11所示。

4 2種編程方法的比較和分析

以上2 種倒角銑削的編程方法是在走刀路線、切削用量、刀具定位高度、下刀深度一致的情況下進(jìn)行研究，以外輪廓倒角銑削編程為例，2 種編程方案比較如表1 所示。從表1 可以看出，2 種編程方案加工倒角所用時間相同，但參數(shù)化編程程序段數(shù)更少，占用內(nèi)存更小，而且程序的通用性和靈活性強(qiáng)，當(dāng)塊狀零件的規(guī)格發(fā)生變化時，只需更改某幾個變量值即可，無需重新編程。

5 結(jié)束語

闡述了2 種倒角銑削編程方法，取得了良好的使用效果。但對于外形比較簡單的零件，更推薦選用參數(shù)化編程方法，可以充分發(fā)揮程序短小精悍、通用性及智能性強(qiáng)的優(yōu)勢；對于外形復(fù)雜的工件，自動編程可以省去計算基點坐標(biāo)的時間，編程效率高，且程序不易出錯。在實際生產(chǎn)中，常將2種編程方法結(jié)合使用，提高倒角加工效率。

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