浅析月牙形孔的加工方式及宏编程技巧

杨建

（大连橡胶塑料机械股份有限公司，辽宁 大连 116036）

浅析月牙形孔的加工方式及宏编程技巧

Machining way and macro programming skills of crescent-shaped holes

杨建

（大连橡胶塑料机械股份有限公司，辽宁 大连 116036）

以实件为依据，浅析了月牙形长孔的钻+成型铣、双边铣以及螺旋铣等的加工特点，并介绍了螺旋铣宏程序的编制技巧。

月牙形孔；钻铣；双边铣；螺旋铣；宏程序

在工程机械上，月牙形孔经常碰到。如塑料挤压造粒机组主机中的机筒体、塑料四辊压延机贴合装置上的堵板、塑料共挤出吹塑复合膜辅机内冷装置中的下盘等等。月牙形孔的用途有窜水、穿线及其他。孔的结构有圆弧、圆弧+直线。此类工程零件的加工精度均要求不高。

如图1所示是一塑料四辊压延机贴合装置上的堵板示意图，其月牙孔由四段圆弧组成。孔宽为14 mm，深为13 mm，长为68 mm，材料为Q235-A。

图1 月牙形孔的示意图

对于此类零件的加工，采用的加工方式有钻+成型铣、双边铣和螺旋铣等。

为了探索一种低成本高效率的加工方式，本文对上述各种加工方法进行加工过程、加工效率和成本等分析比较，并详细介绍螺旋铣方式的宏程序编制技巧。

1 钻+铣的加工方式

1.1 成型铣

先钻后铣的加工方法，即先用钻头在孔的两端钻孔，再用铣刀将孔内其余毛坯铣掉。当孔宽较小时，为了减少工步，增加加工的稳定性，可以采用与孔宽相同直径的刀，在宽度方向一次成型。以图1工件为例，其具体工序如下。

（1）选用刀具直径为Φ13.5 mm的高速钢钻头分别在孔的1，2两点处钻孔；利用角度循环，钻削其他各孔。

（1）用Φ14 mm的整体合金双刃铣刀从2或1点下刀加工到1或2点，每层为圆弧刀轨。因为孔宽较小，因此采用其直径与宽度相等的立铣刀在深度方向分层加工，宽度方向一次成型。循环刀路投影如图2所示，循环步骤如下：

①刀具快速移动到a点；

②刀具以切削速度切削到b→c→d点；

③刀具快速回到a点；

④依次进行其他层的循环；

⑤一个孔完成后，再进行角度循环，加工其他孔。

以FANUC数控系统为例，对上述加工方式编制铣加工程序。图1中横轴为X轴，纵轴为Y轴，极坐标编程如下。

O0110（铣）

N2 G00 G90 G17 G16 G54 Z200；

N4 S1000 M03；

N6 #1=0.5；（ 第一刀切深，可视刀具、机床等工况更改）

N8 #2=0；（ 坐标旋转初始角）

N10 #3=0.5；（深度步距，可更改，同上）

N12 #4=3.；（抬刀高度）

N14 #10=15.；（总加工深度为15）

N16 #11=360./10.；（ 坐标旋转角度增量）N18 Z#4；（图2中a点）

N20 G90 G68 X0 Y0 R#2；

N22 G01 X146. Y-10.657 F1000.；（ 孔内2点上方）

N24 Z-#1 F400.；

N26 G03 X146. Y10.657 R146.；（ 见图3）

N28 G01 Z#4；

N30 #1=#1+#3；

N32 IF［#1 LE #10]GOTO 22；

N34 G69 X0 Y0；

N36 #2=#2+#11；

N38 #1=0.5；

N40 IF［#2 LE ［360.--#11］]GOTO 20；

N42 G00 G15 Z100.；

N44 M30；

1.2 环形铣

如果孔的精度要求较高或孔较宽时，采用成型铣时无法满足精度要求或机床刚度要求，于是两端钻孔后，可采用比孔小的直径刀双边铣。铣刀可从2处分层下刀，每层下刀后由右端（顺铣）至左端，循环一周，再下刀，再循环，直至加工完成。每层为圆弧环形刀轨，走刀路线为2→a→b→c→d→e→b→2，见图3；从1处下刀为逆铣；程序略。

图2 宽度成型铣循环

图3 环形铣刀路

钻+铣加工方式的缺点是需要两种刀具，加工中反复抬刀、退刀、进刀，辅助刀路多；需要两个程序，两次对刀、换刀；优点是从钻孔处下刀，铣刀可以无端刃。

2 螺旋铣加工方式

螺旋铣加工方式，在圆孔的半精、精铣削中应用较多，因其铣削刀路为螺旋线而得名。根据加工工序的不同，加工刀路可以由孔上到孔下，也可由孔下到孔上。从入刀开始直到将孔铣削完毕，刀具一直在连续切削，不离开工件，特殊情况除外。粗加工时铣刀必须有端刃。

对于加工精度要求不太高、孔径不太小的月牙形孔，也可采用螺旋铣加工方式。但关键是手工编程比较复杂。

以图1所示工件为例，选择直径小于孔宽15%以上的刀，本例选择Φ12 mm的合金槽铣刀，对其进行螺旋铣试加工。

由于此月牙形孔由四段圆弧组成，而且各段弧长短不等，因此编程时，以弧长为单位来平均切削深度比较理想。

查［1］弧长公式：l=nπr；

式中：

l—弧长；

n—弧的圆心角；

r—圆弧半径。

为了使程序可应用于所有形似的工件的加工，采用宏变量编程。程序中：设#1代表月牙孔弧cd（参看图3）的半径；#2为月牙孔弧be的半径；#3为月牙孔弧de（bc）的半径；#5为月牙孔弧cd（be）所对应的圆心角的一半；#6为月牙孔弧de（bc）所对应的圆心角。

#11=2.×π/180.×［#1×#5 + #3×#6 +#2×#5]是各段弧长总和的计算式，见图3； #12=#7/#11为单位弧长所对应的切深变化，式中#7为每层切深，其他见程序O0120。以FANUC数控系统为例。

O0120（螺旋铣）（≤Φ12铣刀）

G00 G90 G54 Z200；

S1000 M03；

#1=153.；（ 孔外径， 图1为153）

#2=139.；（ 孔内径， 图1为139）

#3=7.； （孔端径， 图1为7）

#4=360./10.；（ 10个孔的间隔角度）

#5=10.719；（ 外弧圆心角的一半，图1为10.719°，等于极角）

#6=180.；（ 端圆弧圆心角，图1为180°）

#7=1.；（ 每层切深，根据刀端刃结构确定该值）#8=15.；（ 孔深）

#10=0；（ 第一个孔心的位置角）

#15=0.；（ 深度累加）

#24=146.；（孔心极距X）

#25=0；（孔心极角Y）（孔心在X轴上）

#11=2.*π/180.*［#1*#5 + #3*#6 +#2*#5］；（ 孔弧长）

#12=#7/#11；（ 单位弧长对应的切深）

N100 G00 G90 G17 G68 X0 Y0 R#10；

G16 X#24 Y#25；

Z10.；

G01 Z0 F50.；

G41 D01 X#1；

N200 G91 G03 X0 Y#5 Z-［#12*π*#1*#5/180.］R#1 F200.；

X-［#1-#2]Y0 Z-［#12*π*#3*#6/180.]R#3 F150.；

G02 X0 Y-2.*#5 Z-［#12*π*#2*2.*#5/180.]R#2 F200.；

G03 X［#1-#2]Y0 Z-［#12*π*#3*#6/180.]R#3 F150.；

X0 Y#5 Z-［#12*π*#1*#5/180.]R#1 F200.；

#15=#15+#7；

IF［［#15 - #8]LT 0]GOTO 200；

G01 G90 X#24 Y#25 F200.；

G40 G15 Z50. F500.；

G69 X0 Y0；

#10=#10+#4；

#15=0；

IF［#10 LE ［ 360.-#4］]GOTO 100；

G0 G90 Z100.；

M30；

3 两种加工方式比较

采用钻+铣的加工方式，操作者将工件装夹好后，需完成：录入钻加工程序→换钻刀→对刀→钻加工20个孔；卸下钻刀→录入铣加工程序→换上铣刀→对刀→成型铣加工10个月牙孔。如果有USB孔，程序的录入时间可以忽略。

成型铣的工步为：起始点垂直下刀→圆弧铣削→垂直抬刀→返回起始点再垂直下刀→再圆弧铣削、、、一个孔结束→移到下一个孔→重复第一个孔的步骤。

采用螺旋铣的加工方式，操作者将工件装夹好后，需完成：录入铣加工程序→换上铣刀→对刀→螺旋铣加工10个孔（刀具损坏除外）。

螺旋铣不但省略了钻削的工序，孔的加工工步也减少到：刀具逼近→螺旋铣孔→返回安全位→移向下一个孔→重复第一个孔的步骤。

由上可看出，采用螺旋铣方式加工月牙形孔，不但手动时间短，加工时间也短，大大提高了加工效率。

钻+铣的加工方式，需使用钻刀，铣刀。而螺旋铣的加工方式，只需要带底刃的铣刀。除了加工效率高以外，螺旋铣刀具的种类单一，刀具的尺寸较小，无疑加工成本降低了不少。

4 结语

通过上述分析，对于如图1所示长孔或类似结构的工件，采用螺旋铣加工方式优于钻+铣的加工方式，前提是孔不是太小，排屑没有问题。

编程时，深度分布以弧长为单位均分比较合理。因为圆心角大，不一定对应的圆弧就大，如图3中的弧cd和弧de，如果按圆心角分布切深，在弧de（bc）处，圆心角为180°，大于弧cd（eb）所对应的角度，此时如果给弧de分配的深度量大（按圆心角的话），在较小的弧长范围内完成较大的深度切削，对刀具加工安全性造成威胁。如果是以弧长为变量，则de（bc）的弧长短，切深量较小，加工比较平稳，刀具安全性提高。

以上所有的分析是对单件而言。对于孔径较小的工件，可能采用插铣稳定性会更高一些。竞争加剧，企业现代化管理的需求加大，自动化仪表与自动化控制技术将成为工业企业核心力量。

［1]秦海珊. 浅析工业自动化仪表与自动化控制技术［J］. 轻工科技，2013，05.

［2]刘洋. 浅析工业自动化仪表的自动化控制 ［J］. 中国科技博览，2012，06.

［3]刘彦会. 新探工业自动化仪表与自动化控制技术研究 ［J］. 建筑工程技术与设计，2015，06.

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参考文献：

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［2]王小荣. 玩转FANUC数控铣削宏程序［M］. 北京： 科学出片社. 2013. 187～211.

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TQ330.41

1009-797X（2016）02-0074-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.02.030

杨建（1978-），男，工程师，主要从事机械加工工作。

2015-09-17