球面圆角的数控铣削加工要点

摘要：通常情况下，铣削在对零件进行加工时都要加工圆角。假如圆角是处于XY平面的曲线，仅仅只用G2/G3指令就能完成加工；假如圆角是在XZ平面里的曲线，那么就要用常用道具和普通立式的数控铣床对圆角进行加工，编程方法和普通所用的方法有所不同。加工球面圆角有多种方法，其中编程方法中最为常用的就是自动编程，比如利用CAX、UG、PowerMILL等编程软件和手工宏指令编程。本文主要介绍手工宏指令编程与自动编程加工球面圆角的要点。

关键词：球面圆角；数控铣削；自动编程；手工编程

在数控加工中，球面圆角的铣削加工是在加工轮廓中经常遇到的形式，其加工实质是将XY平面中轮廓曲线放到XZ平面中实施倒圆角。对中级操作技术人员来说，一般不作这种要求，不过一般零件加工中都需要加工这一类的圆角。因此，要介绍球面圆角在数控铣削中的加工，本文主要介绍手工宏指令编程和自动编程加工球面圆角的方法。

1应用手工宏指令编程加工球面圆角

在利用手工宏指令加工球面圆角时，第一步是要加工出球面圆角的基本轮廓，第二步是在基本轮廓上实施宏程序上的加工。从俯视角度对刀具中心轨迹进行观察，如同不断将轮廓以相同的间距向外偏移，刀具在进行切削时如同很多个圆，切削中的包络线就构成工件上面的切削痕迹。在手工宏指令程序的编写中，一个关键就是将刀具中心和已经加工轮廓的法向距离找出来，并将这个法向距离当做对刀具半径进行补偿的变量，在编程中利用刀具的半径进行左补偿。加工的刀具可以使用球头铣刀，也可以使用立铣刀，如图所示是立铣刀加工球面圆角的示意图，采用的系统是FANUC0i。

立铣刀加工球面圆角的示意图

在示意图中，球面圆角的半径用R1表示；角度变量用R2表示，其范围是0度到90度；刀具半径用R3表示；刀具切削的刀尖也就是对刀的刀位点与圆角表面之间的距离用R4表示；刀具中心和已经加工轮廓之间的距离用R5表示。

2利用手工指令宏程序加工球面圆角的工艺

在加工球面时，宏程序的主要工艺是：

（1）加工球面所用刀具，不同的加工选择不同刀具。进行粗加工时，使用立铣刀、键槽刀或者是球头铣刀；进行精加工时，最好是用球头铣刀，能够保证其加工精度。

（2）加工球面的进给路线，通常情况下，利用一系列的水平面和截球面所成同心圆完成走刀的工作。在控制走刀的方式上，可以分为两种进刀方式：从下往上、从上往下。通常，在加工的时候采用的进刀方式是由下往上，这个时候在切削时主要采用铣刀的侧刃，能够得到较好的表面质量，所造成的端刃磨损也比较小。与此同时，利用切削力把刀具推向欠切方向，有助于对加工尺寸进行控制。

（3）控制进刀的算法。

①=1＼*GB3＼*MERGEFORMAT计算进刀点。第一种方法是：依据加工误差允许值和表面的粗糙程度，对Z向进刀量的合理值进行确定，之后依据加工深度给定的Z值，对加工圆半径进行计算这种算法的走刀次數相对比较多。第二种方法是依据加工误差允许值域表面的粗糙程度，确定两个相邻的进刀点在相对球心位置产生的角度增量，之后依据角度将进刀点的Z值和R值计算出来。

②=2＼*GB3＼*MERGEFORMAT处理进刀轨迹。在立铣刀对球面进行加工的过程中，利用刀尖加工曲面，在刀尖沿着圆弧进行运动的时候，它的中心轨迹为圆弧形，仅仅在位置上差一个刀具的半径距离。在球头铣刀对球面加工的过程中，球刃加工曲面，它的刀具中心为球面同心球面，其半径也是差一个刀具的半径距离[1]。

3自动编程加工球面圆角

除了可以用手工宏指令编程加工以外，在加工球面圆角上经常采用自动编程，比较常用的自动编程软件是MasterCAM、UG、CAXA、PowerMILL。本文主要介绍UG10.0版本自动加工球面圆角的具体过程。首先打开UG10.0，进入建模状态，绘制如图三所示的零件三维模型，椭圆上轮廓线倒R5圆角。进入加工状态，①=1＼*GB3＼*MERGEFORMAT设置加工坐标系，将加工坐标系放置在上表面中心的位置。②=2＼*GB3＼*MERGEFORMAT选定部件：零件整个三维模型、加工毛坯及加工区域：圆弧区域。③=3＼*GB3＼*MERGEFORMAT设置加工刀具，选择球头铣刀铣削，尺寸为R5。④=4＼*GB3＼*MERGEFORMAT设置加工参数，粗加工切深设置为0.1mm，精加工切深设置为0.01mm。⑤=5＼*GB3＼*MERGEFORMAT铣削方式为顺铣，层优先。⑥=6＼*GB3＼*MERGEFORMAT设置合适的机床转速和进给。⑦=7＼*GB3＼*MERGEFORMAT点击生成。⑧=8＼*GB3＼*MERGEFORMAT点击确定即可生成刀路轨迹。在执行之后对生成的刀路进行仿真加工，自动生成加工椭圆圆角的程序，然后进行后处理，生成G代码加工程序。从而保证传输到机床上的G代码程序能够顺利将圆角加工出来。因为加工轮廓为椭圆曲线的球面圆角，自动生成的加工程序相对而言，有比较复杂的步骤，要依据上面的步骤设置，假如球面圆角的轮廓是其他形式的，就相对简单一些。

4结语

在球面圆角的数控加工中，手动指令宏程序有比较少的程序段量，而且输入也比较便捷，但要求有高技术能力的编程人员来操作，出现差错的可能性比较大。而自动编程加工球面圆角有比较多的程序段量，程序设置比较复杂，需要较多的准备工作，不过出现差错的几率比较小。由软件自动编程设置相关的参数，自动生成刀路轨迹。所以，通常现场的熟练技术工善于利用宏程序编程，而一般的高等院校和复杂曲面的加工则用自动编程的较多。

参考文献：

[1]陈万中，徐士国.基于宏程序的外球面粗精加工[J].煤矿机械，2013，34（12）：114116.

[2]张世良.球面圆角的数控铣削加工[J].机械，2010，37（6）：7677.

作者简介：陈玲芝（1986），女，山东曹县人，本科，助教，研究方向：机械制造。