數(shù)控銑床圓弧切入切出編程技巧分析

韓勇娜，王立蕓

（臨海市中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，浙江 臨海317000）

在機(jī)械產(chǎn)品中很多零件都具有內(nèi)外輪廓，可能是標(biāo)準(zhǔn)形狀也可能是不標(biāo)準(zhǔn)形狀，且隨著社會(huì)的發(fā)展對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的精度要求越來(lái)越高，普通的加工方法已經(jīng)不能滿足零件的精度要求，在輪廓加工中進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)如果加工方法不當(dāng)很容易出現(xiàn)過(guò)切現(xiàn)象造成零件廢品。合理的進(jìn)退刀可以有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。

在用數(shù)控銑床加工內(nèi)輪廓和外輪廓的時(shí)候一般會(huì)采用直線切入切出或圓弧切入切出兩種方法。直線切入切出法編程方法簡(jiǎn)單適合精度較低，以及初學(xué)者練習(xí)編程時(shí)使用。在實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)中，若產(chǎn)品對(duì)質(zhì)量要求較高，一般情況下都會(huì)采用圓弧切入切出的方法來(lái)編程。目前市場(chǎng)上的數(shù)控機(jī)床只有少數(shù)高端數(shù)控系統(tǒng)具有專門(mén)圓弧切入切出的指令（如德國(guó)的海德漢數(shù)控系統(tǒng)）。但大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)都還不具備專門(mén)的圓弧切入切出指令，這就需要操作人員根據(jù)不同的產(chǎn)品特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行加工程序的編寫(xiě)。

以圓形為例，如需要加工圖1 所示的的外圓形輪廓，設(shè)加工深度為5 mm，毛坯尺寸為50 mm×50 mm。首先要選定一個(gè)切入點(diǎn)，選擇切入點(diǎn)的原則是首先保證零件精度，其次盡量使編程簡(jiǎn)單減少計(jì)算，根據(jù)數(shù)控編程的坐標(biāo)系以及圓的形狀特點(diǎn)可以確定四個(gè)特殊點(diǎn)，分別是圓形輪廓線與X、Y 坐標(biāo)軸相交的A、B、C、D 四個(gè)點(diǎn)。本例選取A 點(diǎn)作為切入切出點(diǎn)。加工時(shí)首先確定起始點(diǎn)（也稱安全點(diǎn)）。起始點(diǎn)的確定原則是靠近工件但不接觸工件。假如我們選擇的加工刀具直徑為10 mm 的立銑刀，那么起始點(diǎn)X 軸坐標(biāo)應(yīng)大于30，選擇32 mm。加工程序如下：

O0001（程序名）

N1 G54 G90 M03 S1000（建立工件坐標(biāo)系、絕對(duì)值編程、主軸正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速1000n/min）

N2 G00 X32 Y0（快速定位到安全點(diǎn)）

N3 G00 Z2（快速下刀到安全點(diǎn)）

N4 G01 Z-5 F200（進(jìn)給到加工深度）

N5 G41 G01 X23 Y8 D01（刀具半徑左補(bǔ)償?shù)綀A弧切入起點(diǎn)）

N6 G03 X15 Y0 R8（圓弧切入到切入切出點(diǎn)）

N7 G02 X15 Y0 I-15 J0（加工φ30 圓）

N8 G03 X23 Y-8 R8（圓弧切出）

N9 G40 G01 X32 Y0（取消刀補(bǔ)返回起始點(diǎn)）

N10 G00 Z100（抬刀）

N11 G00 X0 Y100（退刀）

N12 M05（主軸停）

N13 M30（程序結(jié)束）

圖1

N5 和N9 程序段為添加刀具半徑補(bǔ)償和取消刀具半徑補(bǔ)償，因受刀具半徑長(zhǎng)度影響，以及數(shù)控機(jī)床設(shè)定中，這兩句必須是在快速定位（G00）或直線插補(bǔ)（G01）狀態(tài)下，且機(jī)床運(yùn)動(dòng)的距離必須大于刀具半徑。此點(diǎn)為初學(xué)數(shù)控編程人員經(jīng)常容易出錯(cuò)的地方。在本例中，從起始點(diǎn)（X32 Y0）到圓弧切入起點(diǎn)（X23 Y8）所走距離約為12.6 mm。如果用改刀補(bǔ)的方法進(jìn)行余量切除的話，刀補(bǔ)半徑補(bǔ)償值就必須小于12.6。

N6 和N8 程序段為圓弧切入和切出，本例選擇的為兩段四分之一圓弧半徑為8，在圓弧半徑的選擇上必須要滿足一個(gè)條件，即圓弧半徑必須大于刀具半徑。選擇四分之一圓弧目的是為了程序坐標(biāo)點(diǎn)的計(jì)算方便。如果使用計(jì)算機(jī)編程或著計(jì)算機(jī)找點(diǎn)不需要手工計(jì)算坐標(biāo)點(diǎn)的話，理論上圓弧半徑可以無(wú)限大。

外輪廓的加工上不受加工空間限制在起始點(diǎn)定位和圓弧切入切出點(diǎn)、圓弧切入切出半徑上選擇較多可根據(jù)加工效率、零件特征、編程習(xí)慣等進(jìn)行選擇，自由度較大。但在加工內(nèi)輪廓的時(shí)候由于加工范圍受限以及內(nèi)輪廓曲率半徑限制起始點(diǎn)和圓弧切入切出長(zhǎng)度和半徑都會(huì)局限在一定的范圍內(nèi)。如圖2 所示，需加工直徑為16 mm 的內(nèi)圓形輪廓，設(shè)加工深度為5 mm，加工刀具為直徑10 mm 的鍵槽銑刀。在本例中圓弧切入切出半徑r 必須大于刀具半徑并且小于內(nèi)圓半徑即大于5 小于8，如果圓弧切入切出半徑r 小于刀具半徑的話，機(jī)床就會(huì)報(bào)警，顯示程序錯(cuò)誤，如果大于內(nèi)圓半徑的話就會(huì)過(guò)切，造成零件報(bào)廢。我們選取圓弧切入切出半徑為7 來(lái)進(jìn)行編程。

圖2

加工程序如下：

O0002（程序名）

N1 G54 G90 M03 S1000（建立工件坐標(biāo)系、絕對(duì)值編程、主軸正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速1000 n/min）

N2 G00 X0 Y0（快速定位到安全點(diǎn)）

N3 G00 Z2（快速下刀到安全點(diǎn)）

N4 G01 Z-5 F200（進(jìn)給到加工深度）

N5 G41 G01 X1 Y-7 D01（刀具半徑左補(bǔ)償?shù)綀A弧切入起點(diǎn)）

N6 G03 X8 Y0 R7（圓弧切入到切入切出點(diǎn)）

N7 G03 X8 Y0 I-8 J0（加工φ16 內(nèi)圓）

N8 G03 X1 Y7 R7（圓弧切出）

N9 G40 G01 X0 Y0（取消刀補(bǔ)返回起始點(diǎn)）

N10 G00 Z100（抬刀）

N11 G00 X0 Y100（退刀）

N12 M05（主軸停）

N13 M30（程序結(jié)束）

在以上兩個(gè)程序中都是采用了先下刀再加刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)編程，此方法優(yōu)點(diǎn)在于編程出錯(cuò)率較低適合大部分機(jī)床，缺點(diǎn)是加工效率稍低。若數(shù)控機(jī)床操作人員編程技巧熟練對(duì)所操作的機(jī)床了解較深，也可以采用先加道具半徑補(bǔ)償在下刀和加工結(jié)束時(shí)先抬刀再取消刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆椒?。以圖2 為例，加工程序如下：

O0003（程序名）

N1 G54 G90 M03 S1000（建立工件坐標(biāo)系、絕對(duì)值編程、主軸正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速1000n/min）

N2 G00 X0 Y0（快速定位到安全點(diǎn)）

N3 G00 Z2（快速下刀到安全點(diǎn)）

N4 G41 G00 X1 Y-7 D01（刀具半徑左補(bǔ)償?shù)綀A弧切入起點(diǎn)）

N5 G01 Z-5 F200（進(jìn)給到加工深度）

N6 G03 X8 Y0 R7（圓弧切入到切入切出點(diǎn)）

N7 G03 X8 Y0 I-8 J0（加工φ16 內(nèi)圓）

N8 G03 X1 Y7 R7（圓弧切出）

N9 G00 Z100（抬刀）

N10 G40 G00 X0 Y0（取消刀補(bǔ)返回起始點(diǎn)）

N11 G00 X0 Y100（退刀）

N12 M05（主軸停）

N13 M30（程序結(jié)束）

在此程序中N4 和N11 兩句中采用了G00（快速定位）的狀態(tài)建立和取消刀具半徑補(bǔ)償，機(jī)床運(yùn)動(dòng)速度比G01 要快很多，節(jié)省加工時(shí)間，降低加工成本，經(jīng)濟(jì)性和加工生產(chǎn)效率較高。

本次分析的例題都是標(biāo)準(zhǔn)的圓形輪廓，對(duì)于不規(guī)則的輪廓編程時(shí)切入點(diǎn)的選擇和切入切出圓弧半徑的選擇上只要堅(jiān)持按著以下幾個(gè)原則來(lái)編程基本能解決大部分零件加工編程。

①切入切出點(diǎn)盡量選擇象限點(diǎn)，即圖1 中A、B、C、D 四個(gè)點(diǎn)。

②若象限點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算復(fù)雜，則選擇圖形輪廓中容易計(jì)算的坐標(biāo)點(diǎn)。

③內(nèi)輪廓盡量選擇曲率半徑較大的地方作為切入切出點(diǎn)。

④內(nèi)輪廓編程時(shí)切入切出圓弧半徑盡量接近內(nèi)輪廓曲率半徑，可以減少加工痕跡。

輪廓加工中按照本例的方法可以完成大部分輪廓的切入點(diǎn)程序編制，但還是有些情況無(wú)法采用圓弧切入切出來(lái)編程，這時(shí)候就可以采用另外的編程方法，如螺旋切入、斜線切入等，這就要機(jī)床操作人員根據(jù)具體情況具體分析，靈活運(yùn)用。只要能加工出合格產(chǎn)品的程序都是好程序。在好程序的基礎(chǔ)上減少加工時(shí)間，提高刀具使用壽命等，使加工程序不斷優(yōu)化。