槽類數(shù)控加工與編程技術(shù)

■ 昆明學(xué)院 （云南 650214） 胡運(yùn)林 王春研 陳興惠

在數(shù)控加工中，常需進(jìn)行槽類加工，經(jīng)常加工的形狀有：矩形槽、鍵槽和圓形槽，常規(guī)的數(shù)控編程方法是采用CAM自動(dòng)編程或手工編制宏程序。前者意味著每一零件的槽類加工均需利用CAM軟件進(jìn)行建模后自動(dòng)生成數(shù)控程序，不具有通用性，編程效率低下；如針對(duì)矩形槽、鍵槽或圓形槽編制不同的宏程序，占用機(jī)床內(nèi)存又較大。鑒于上述問題，可以通過工藝分析，制定工藝方案，設(shè)計(jì)具有多功能的槽類加工宏程序。

1. 工藝方案分析

加工帶圓角的矩形槽時(shí)如果其上的圓角半徑等于槽寬尺寸的一半，帶圓角的矩形槽便成了C形鍵槽；同樣如C形鍵槽的直邊長度為0時(shí)，C形鍵槽便成了圓形槽。而矩形槽、C形鍵槽及圓形槽，均可采用環(huán)切并分層銑削方式來完成粗加工。鑒于三者加工部位的形狀、加工方法和加工過程的相似性，設(shè)計(jì)了能夠提高通用性的多功能宏程序。

如圖1a所示，當(dāng)b=0時(shí)，圖1a圖形便變成了圖1b；當(dāng)圖1a中a=0，b=0時(shí)，便變成了圖1c。因此在設(shè)計(jì)宏程序時(shí)以帶圓角的矩形槽作為多功能槽類宏程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

鑒于槽類加工特點(diǎn)，采用以下宏程序設(shè)計(jì)方案：①由于槽類加工深度不能確定，而槽類加工普遍需采用分層切削，因此在宏程序采用分層切削方式。②槽類加工普遍要求有較高尺寸精度和表面質(zhì)量，因此宏程序采用粗精加工分開進(jìn)行。③加工尺寸和刀具難以在宏程序中事先規(guī)定，因此為了安全，避免發(fā)生干涉現(xiàn)象，刀具下刀時(shí)不宜采用傾斜下刀、螺旋下刀等方式，而適宜采用垂直下刀，且粗加工第一刀在加工槽形的中心下刀。在精加工外輪廓時(shí)，為提高加工表面質(zhì)量，采用圓弧切入切出方式。④為便于計(jì)算，兼顧加工矩形槽、鍵槽和圓形槽的需要，每層加工的進(jìn)給路線采用環(huán)切法。

2. 進(jìn)給路線分析及宏程序設(shè)計(jì)思路

以帶圓角的矩形槽加工為基礎(chǔ)，對(duì)進(jìn)給路線進(jìn)行分析。如圖2所示，選擇矩形槽上口部中心為編程原點(diǎn)，矩形X方向長度尺寸為A，Y方向長度尺寸為B，轉(zhuǎn)角半徑為R。

為提高加工效率，依照進(jìn)給路徑最短原則，在加工矩形工件時(shí)，如X方向長度尺寸大于或等于Y方向長度尺寸，宜采用圖2所示進(jìn)給方式。粗加工采用環(huán)切進(jìn)給，刀具從圖形中心下刀，沿著O→a→b1→b2→c1→c2→d1→d2→e1→e2→O的運(yùn)動(dòng)軌跡走完一次環(huán)切，然后由里向外推進(jìn)，完成粗加工。進(jìn)給路線關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算，采用由外向里等距偏移方式進(jìn)行。等距偏移后，如轉(zhuǎn)角半徑出現(xiàn)負(fù)值，一律取為0。如圖2中轉(zhuǎn)角b1"和b2"處轉(zhuǎn)角半徑r "計(jì)算值大于零，則取計(jì)算值：

圖 1

r "=R－U－0.5d－(n－m)×0.7D式中，n是粗加工環(huán)切次數(shù)；m是當(dāng)前環(huán)切次數(shù)；U是內(nèi)腔精加工余量；D是刀具直徑，粗加工步距取為0.7D。

如b1和b2處轉(zhuǎn)角及b1'和b2'處轉(zhuǎn)角計(jì)算值小于等于0，則均取為0，即b1和b2及b1'和b2'重合。

環(huán)切進(jìn)給次數(shù)的計(jì)算是宏程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，由圖2不難看出，影響環(huán)切進(jìn)給次數(shù)的是矩形短邊尺寸，由于環(huán)切采用的是對(duì)稱加工，因此主要考慮單邊尺寸。在粗加工時(shí)，刀具中心的單邊移動(dòng)距離最大為H，即：

式中，B是矩形短邊尺寸。

如環(huán)切步距取0.7D，則粗加工理論環(huán)切進(jìn)給次數(shù)為n0=H/(0.7D)+1。

由于環(huán)切次數(shù)n只能是整數(shù)，因此需對(duì)理論環(huán)切進(jìn)給次數(shù)n0進(jìn)行圓整，圓整方法為：當(dāng)n0為小數(shù)時(shí)，設(shè)其整數(shù)部分為N，則圖2中內(nèi)環(huán)單邊進(jìn)給h=H－0.7D×（N－1）；當(dāng)h≤0.5D時(shí)，對(duì)n0下取整，即n =FIX（n0）；當(dāng)h>0.5D時(shí)，必然會(huì)在中心區(qū)域出現(xiàn)殘料區(qū)，因此需在中心區(qū)域增加一次環(huán)切，即環(huán)切次數(shù)n=FIX（n0）+1。

上述環(huán)切路徑設(shè)計(jì)，在切削中心區(qū)域可能出現(xiàn)步距較小的情況，對(duì)加工效率影響較小，且對(duì)宏程序中數(shù)學(xué)公式處理較為方便。

環(huán)切粗加工完成后，首先精加工槽的底面，采用環(huán)切加工。實(shí)際上可以在粗加工層數(shù)上增加一層，加工最后一層時(shí)，切削厚度為Z方向的精加工余量，并調(diào)整切削進(jìn)給速度即可，可進(jìn)一步簡化宏程序。

完成粗加工和精加工槽底面后，再進(jìn)行槽內(nèi)壁的精加工。為保證加工表面質(zhì)量，在下刀高度上高于槽底0.02mm，以防刮花已經(jīng)加工好的槽底表面。

如圖3所示為宏程序設(shè)計(jì)流程框圖，較為清楚的表達(dá)了宏程序設(shè)計(jì)邏輯關(guān)系，是該宏程序的核心技術(shù)內(nèi)容。

圖 2

圖 3

3. 程序編制

以FAUNC 0i系統(tǒng)進(jìn)行宏程序編制。附表為地址、變量和代表意義說明。

該宏程序在應(yīng)用時(shí)，只需在主程序中通過“G65”指令調(diào)用，在地址符中輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)即可。為安全起見，所有地址符中均應(yīng)輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)均應(yīng)大于等于0。該宏程序在應(yīng)用上有以下特點(diǎn)：①U值為0時(shí)，只對(duì)內(nèi)輪廓進(jìn)行粗加工，不進(jìn)行精加工；U值大于0時(shí)，對(duì)內(nèi)輪廓進(jìn)行先粗后精加工。②W值為0時(shí)，只對(duì)槽底進(jìn)行粗加工，不進(jìn)行精加工；W值大于0時(shí)，對(duì)槽底進(jìn)行先粗后精加工。③X、Y、Z值為工件坐標(biāo)系下，加工槽形上表面中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，如該中心點(diǎn)為工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，則X、Y、Z值全為0。④當(dāng)A、B值相等且為R數(shù)據(jù)的兩倍時(shí)，加工形狀為圓形槽；當(dāng)A、B值只有一個(gè)為R的兩倍時(shí)，加工形狀為C形鍵槽。

程序變量說明表

4. 結(jié)語

該槽類加工工藝方案從矩形槽、C形鍵槽及圓形槽的形狀、加工方法和加工過程的相似性入手，設(shè)計(jì)宏程序，使該宏程序具有較大的通用性，通過調(diào)用該程序提高編程效率，減少工作量。

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