數(shù)控銑削加工中基于常見(jiàn)特征的宏程序應(yīng)用研究

賴(lài)文輝

進(jìn)行數(shù)控銑削加工之時(shí)，選用的加工程序是十分重要的。相較于CAM軟件來(lái)說(shuō)，宏程序的優(yōu)勢(shì)更為顯著，其靈活程度較高，而且適應(yīng)性更強(qiáng)。熟練掌握宏編程技術(shù)可以快速高效完成數(shù)控加工程序的編制，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)也拓展了更為豐富的編程思路。

當(dāng)前加工領(lǐng)域的編程已經(jīng)普遍采用了CAD等軟件來(lái)輔助進(jìn)行，程序大多直接利用程序繪制出路徑，然后再利用程序編寫(xiě)出相關(guān)參數(shù)和控制指令，這樣搭配出的程序控制指令明確、簡(jiǎn)介，操作也非常的方便，后期也更容易直接在程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)、優(yōu)化和變更指令。而且機(jī)床在執(zhí)行此類(lèi)程序時(shí)，比執(zhí)行CAD/CAM軟件生成的程序更加快捷，反應(yīng)更迅速。數(shù)控機(jī)床對(duì)于一些形狀復(fù)雜但卻有一定規(guī)律的零件，例如橢圓、拋物線、雙曲線等進(jìn)行加工時(shí)，可通過(guò)利用數(shù)控原理中數(shù)學(xué)計(jì)算，應(yīng)用宏程序進(jìn)行編制程序代碼，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的自動(dòng)加工。

1 宏程序及銑削加工

1.1宏程序概述

當(dāng)前宏程序的快速發(fā)展推動(dòng)編程領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步，越來(lái)越多的程序編寫(xiě)和指令組合都是通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析完成，在一定程度上降低了人工編程的占比，也降低了人工編程的繁重工作壓力，不過(guò)自動(dòng)化的編程和宏定義需要提前設(shè)計(jì)出大量的基礎(chǔ)命令，并且編寫(xiě)的程序相對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、僵化，很難靈活的進(jìn)行參數(shù)校正與修改，所以還是需要人工編程來(lái)相互配合，這樣才能實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的加工程序編寫(xiě)與控制。而編寫(xiě)好了基礎(chǔ)的宏程序模塊之后，編程人員在進(jìn)行指令組合與程序編制的時(shí)候也更為快捷，很多時(shí)候只需要直接調(diào)用所需的模塊即可，然后利用關(guān)聯(lián)指令或者是選擇指令進(jìn)行條件賦值。比如在實(shí)際的切削加工過(guò)程中，不同的切削路徑其實(shí)都可以分解為曲線、直線等路徑，然后曲線有不同的曲率與弧度，這些不同的程序都是可以提前制定好模塊然后利用模塊組合形成切削路徑的，并且還可以設(shè)置不同的切削工具，這樣即可靈活的組合宏程序。

對(duì)普通程序進(jìn)行編制時(shí)，通常要確保具體數(shù)值具備功能字。比方說(shuō)，G00Z5即是為5賦予了功能字Z。從宏程序的編程來(lái)看，其可以使得變量獲得功能字，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是對(duì)變量所代表的數(shù)值予以改變，進(jìn)而使得程序功能切實(shí)達(dá)成。在進(jìn)行編程的過(guò)程中，程序人員必須要對(duì)宏指令有切實(shí)的了解，但宏程序則不需要強(qiáng)記。對(duì)宏程序、普通程序予以比對(duì)可知，兩者間的差異是顯著的，從用戶(hù)宏程序本體來(lái)看，可以使用變量，并對(duì)其賦值，而且變量間是能夠運(yùn)算的，程序能夠?qū)崿F(xiàn)跳轉(zhuǎn)。普通程序則只能夠?qū)⒊Ａ坑枰源_定，卻無(wú)法進(jìn)行預(yù)算，這樣一來(lái)，程序只可以按照既定順序執(zhí)行，跳轉(zhuǎn)無(wú)法完成，這就導(dǎo)致功能的靈活性較低。用戶(hù)宏功能能夠使得數(shù)控機(jī)床的性能有一定程度的提升，對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，將宏程序予以充分應(yīng)用，可使得加工效率提高很多。

1.2銑削加工誤差分析

1.2.1斜面的加工誤差分析

圖1加工斜面殘余高度示意圖

圖1是球頭銑刀加工斜面殘余高度的示意圖，α是加工斜面的傾斜角度，相鄰兩球頭刀的球心分別是B點(diǎn)、C點(diǎn)，兩球頭刀的交界點(diǎn)為A點(diǎn)。球頭刀的加工斜面接觸點(diǎn)為M點(diǎn)、N點(diǎn)，兩球頭刀運(yùn)行軌跡差為h，也可以稱(chēng)作為道具的切入深入。通過(guò)圖1可以看出：

相鄰刀具在豎直方向的加工高度差為：

通過(guò)上面這一公式可以看出，會(huì)影響到球面加工殘余高度參數(shù)的因素主要包括有：球頭刀的尺寸大小、加工斜面的傾斜度大小以及兩個(gè)刀軌的垂直高度差。在加工的時(shí)候，因?yàn)榈谰咭?guī)格參數(shù)以及待加工斜面的傾斜度都是特定的數(shù)值，所以，為了保證加工的精度，需要對(duì)刀具的高度差進(jìn)行控制，確保加工深度的精準(zhǔn)性。在宏程序編程中，需要充分考慮待加工斜面的實(shí)際傾斜度，盡可能選擇型號(hào)較大的刀具，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加工深度以及其他各種加工變量的控制，使產(chǎn)品的加工精度以及加工效率得到進(jìn)一步的提高。

1.2.2圓弧面的加工誤差分析

圖2加工凸圓弧面殘余高度示意圖

圖2是球頭刀加工凸圓弧面殘余高度示意圖，在該圖中，將r作為球頭刀半徑，將R作為待加工球面的半徑，C點(diǎn)以及D點(diǎn)分別是兩個(gè)相鄰球頭刀的刀位點(diǎn)，G點(diǎn)是兩個(gè)相鄰球頭刀的交叉點(diǎn)，h是兩個(gè)相鄰球頭刀的豎直高度差。刀具刀位點(diǎn)以及待加工球面圓心連線豎直方向夾角用α表示，相鄰刀具刀位點(diǎn)與球面圓心連線的夾角則用β表示，h是未加工球面的殘余高度。它們的高度差計(jì)算結(jié)果為：

hi=（R+r）[cosα-cos（α+β）]α=φ+iβ，i=0，1，2，3……

通過(guò)上面這一公式可以看出，球頭刀的實(shí)際規(guī)格大小、球面的實(shí)際尺寸以及相鄰刀具刀位點(diǎn)是影響球面加工殘余高度參數(shù)的主要因素，需要重點(diǎn)考慮這些因素。在實(shí)際加工時(shí)候，R與r是保持不變的，所以，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)待加工球面殘余高度的有效控制，需要對(duì)相鄰刀具的刀位點(diǎn)、待加工球面圓心連線夾角的大小進(jìn)行控制。在宏程序編程過(guò)程中，需要充分考慮相鄰刀具刀位點(diǎn)以及待加工球面圓心連線夾角，并對(duì)其進(jìn)行合理的控制，從而實(shí)現(xiàn)程序的順利編制，這樣能夠有效保障產(chǎn)品加工質(zhì)量及加工效率。

1.2.3平底立銑刀加工算法分析

對(duì)于平底立銑刀從刀具工藝性和受力情況分析得到，它是環(huán)形銑刀另一種特例，即r1=0（如圖1）。呈螺旋線分布的周邊側(cè)刃加工時(shí)各處線速度完全一致，負(fù)荷較均勻，磨損較緩，但底刃磨損較嚴(yán)重，因此在實(shí)際加工中要以周邊刃為主切削刃，底刃為副切削刃。就以圓角加工進(jìn)行加工算法研究。

（1）等角度算法：等角度算法是角度α為自變量，圓角加工α的變化范圍為0～90°。

（2）等高算法：等高算法是沿著Z負(fù)向深度等距離分層銑削，深度Z為自變量，變化范圍是-R1～0mm。

2 宏程序在粗精銑孔和銑螺紋等典型特征中的應(yīng)用

在零件加工完成之后，孔的加工以及螺紋加工基本上是所有零件加工都必不可少的，如果是尺寸低于30毫米的孔，在選擇開(kāi)孔加工方式的時(shí)候，可以選擇鉆孔以及鏜孔加工方式。而如果是尺寸大于30毫米的孔，數(shù)控系統(tǒng)則會(huì)采用螺旋銑孔加工方式。不過(guò)，在采用螺旋銑孔加工方式來(lái)進(jìn)行開(kāi)孔加工的時(shí)候，加工余量非常大，需要大量的刀削才能順利完成，同時(shí)，程序的編制也比較復(fù)雜，工序較多，容易出現(xiàn)編程錯(cuò)誤現(xiàn)象。而通過(guò)對(duì)宏程序的應(yīng)用，可以充分利用宏程序所提供的循環(huán)語(yǔ)句、選擇分支以及自程序調(diào)用語(yǔ)句等功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種變量的有效運(yùn)算，從而保證變量運(yùn)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，為編程提供準(zhǔn)確的依據(jù)。此外，通過(guò)對(duì)宏程序的應(yīng)用，還可以有效減少甚至免除數(shù)值計(jì)算，可以有效保障編程準(zhǔn)確性以及編程效率，非常符合上述工藝的加工要求。在實(shí)際加工的時(shí)候，如果切削余量比較大，需要對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的時(shí)候，可以充分利用宏程序，只需要對(duì)切削參數(shù)值的大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就可以實(shí)現(xiàn)切削余量的減小。如果采用其他方式來(lái)生成粗加工程序的話(huà)，往往都需要對(duì)程序進(jìn)行重新編制，會(huì)大幅增加編程量。因此，在遇到上述情況時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)宏程序的應(yīng)用，從而減少程序編制工作量，提高工作效率，使宏程序的優(yōu)勢(shì)得到更充分的發(fā)揮。

3 編制宏程序需注意的問(wèn)題

角度增加與工件加工的質(zhì)量是存在緊密關(guān)聯(lián)的。對(duì)宏程序進(jìn)行編制的過(guò)程中，必須要對(duì)變量種類(lèi)、變量特性予以重點(diǎn)關(guān)注，不能隨意使用。另外來(lái)說(shuō)，局部變量、系統(tǒng)變量、公共變量之間的區(qū)別是顯著的，三者的不同點(diǎn)主要體現(xiàn)在用途、性質(zhì)等方面。在系統(tǒng)中并沒(méi)有對(duì)其實(shí)際的用途予以規(guī)定，因而廣大用戶(hù)在使用時(shí)就可依據(jù)切實(shí)需要來(lái)使用。系統(tǒng)變量與公共變量正好相反，其用途已經(jīng)固定。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合上述分析可知，宏程序能夠極大的提升銑削工業(yè)水準(zhǔn)，隨著宏程序得到了有效的應(yīng)用，極大地簡(jiǎn)化了零件的計(jì)算和編程過(guò)程，減少了編程的數(shù)據(jù)量，程序閱讀更為簡(jiǎn)便，并能夠依據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)修改，這樣就可滿(mǎn)足規(guī)格、尺寸不一的零件加工。宏程序由于允許使用變量編程，而設(shè)置不同的參數(shù)變量，不僅影響加工的精度，而且還影響著程序的數(shù)據(jù)量和加工的效率。所以必須不斷探索宏程序的應(yīng)用方法及技巧，從而提高宏程序的應(yīng)用效果，進(jìn)而有效的提高數(shù)控銑削加工的質(zhì)量，持續(xù)的推動(dòng)我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展。

（作者單位：福建龍巖技師學(xué)院）