基于宏程序加工圆锥台面的方法探讨

2021-11-20胡丽娜

模具制造 2021年10期

陈艳，胡丽娜

（1.青岛工学院机电工程学院，山东青岛 266300；2.青岛城市学院，山东青岛 266106）

1 引言

加工圆锥台面在数控车削加工中比较常见，程序编制也较简单，而圆锥台面在数控铣削加工中则需要通过宏指令或者自动编程软件来实现程序编制。本文针对数控铣削中圆锥台面的加工，采用放射加工和等高加工两种典型走刀路线展开宏程序应用问题的讨论。对圆锥台面进行程序编制，并对加工程序进行模拟轨迹验证，因其实物仿真加工结果和实践生产结果具有较高的吻合度，故本文进行了实物仿真验证，进一步完善加工方案的可行性[1]。所以，该研究分析的加工方法对实际生产中数控铣削加工圆锥台表面具有很高的参考价值。

2 宏指令

宏程序可以灵活地调用系统中的局部变量、公共变量及系统变量进行参数化编程。一般情况下，程序结构不变，设置的一些参数形式的变量，根据零件加工要求，将正确的数据赋值给该些变量，程序运行后就能准确地控制刀位点的运行轨迹，加工出合格的零件。

对圆锥台面加工，如选用UG自动编程软件建模，生成切削加工刀路，经“后处理”功能生成所需的NC代码。虽然该方法操作简便，但生成的数控程序段太多，程序冗长，占用数控系统内存，降低了加工的效率[2]。故本文研究用宏程序进行圆锥台面的加工是很有必要的。

分析图1和图2，选用FANUC 0i系统进行宏程序编制，该宏程序中需要设置的参数变量如表1所示。

图1 放射加工路线变量参数

图2 等高加工路线变量参数

表1 圆锥台面加工的参数变量

3 加工工艺路线分析

采用不同的加工方法或同一种加工方法，由于选用的变量参数值的不同，铣削圆锥台曲面时被加工表面上切痕的深浅、疏密、形状和纹理都会有所不同。

目前，放射加工法和等高加工法是曲面铣削时应用较多的加工方法。一种是以角度为自变量生成等角度环绕加工轨迹，在垂直面内旋转指定的角度值再进行下一平面的铣削；另一种是以切深为自变量生成等高环绕加工轨迹，确定一个固定的切削深度值，完成一层后再进行下一层的切削[3]。

4 宏程序的编制

以实例加工说明程序编制思路。

为实现图1中圆锥台面加工，编程时采用放射加工的加工路线，以角度为自变量生成等角度环绕加工轨迹。

图1中，＃1是铣刀在任一位置的角度（变量）；#2是圆锥台上面的半径（R24）；#3是下面的半径（R40）；#4是铣刀在上面任一位置X向的坐标；#5是铣刀在上面任一位置Y向的坐标；#6是立铣刀的半径（R6）；#7是铣刀在下面任一位置X向的坐标；#8是铣刀在下面任一位置Y向的坐标；#9是圆锥台的总高度。

结合以上分析，加工图1零件选用工件坐标系原点设在零件上面的中心位置。数控加工程序如下：

O0001;

G54G90G00Z100.;

M03S1000;

X30.Y0;

Z2.;

M08;

G01Z0F50;

#1=0;

#2=24;

#3=40;

#6=6;

#9=40;

WHILE[#1LE360]DO1;

#4=[#2+#6]*COS[#1];

#5=[#2+#6]*SIN[#1];

#7=[#3+#6]*COS[#1];

#8=[#3+#6]*SIN[#1];

G01X#4Y#5Z0F200;

X#7Y#8Z-#9;

G00Z0;

#1=#1+1;

END1;

G90G00Z100.M09;

M05;

M30;

为实现图2中圆锥台面加工，编程时采用等高加工的加工路线，以切深为自变量生成等高环绕加工轨迹。

图2中，#2是圆锥台上面的半径（R24）；#3是下面的半径（R40）；#6是球头铣刀的半径（R6）；#9是圆锥台的总高度；#10是铣刀任一位置的深度（变量）；#11是铣刀任一位置刀具中心到圆心的距离；#12是圆锥台锥角。

结合以上分析，加工图2零件选用工件坐标系原点设在零件上面的中心位置。数控加工程序如下：

O0002;

G54G90G00Z100.;

M03S1000;

X30.Y0;

Z2.;

M08;

G01Z0F50;

#2=24;

#3=40;

#6=6;

#9=40;

#10=0;

#12=ATAN[#3-#2]/[#9];

WHILE[#10LE#9]DO1;

#11=#2+#6+#10*TAN[#12];

G01X#11Y0F200;

Z-#10F50;

G02I-#11F200;

#10=#10+0.1;

END1;

G90G00Z100.M09;

M05;

M30;

分析加工案例程序，程序编制采用WHILE循环语句，程序段少，简明、直观，便于修改和调整，机床在执行程序时更加快捷。

5 刀具路径验证

采用FANUC 0i系统数控仿真软件平台运行放射加工路线和等高加工路线程序，模拟刀具路径轨迹如图3、图4所示，刀路轨迹正确，刀路连贯，无陡然的转折[4]。

图3 放射加工模拟刀轨

图4 等高加工模拟刀轨

程序在调试过程中，如果出现报警等其他错误提示，需要修改程序中程序字参数或更改模拟数控系统中的工艺参数，进行再次模拟刀路验证，直至实现正确的刀路。

在数控仿真软件平台上完成刀轨验证后，进行对刀操作以及相关工艺参数设置，使用FANUC 0i系统的机床运行程序，对工件进行实物实践加工，最终达到零件加工要求。如图5、图6所示。

图5 放射加工实物加工

图6 等高加工实物加工

进行实物仿真加工中，如果出现报警等其他错误提示，一般是对刀参数以及补偿参数设置出现了问题，需对其进行参数更改，直至加工出合格的零件。调试完成的程序可高效地加工出高表面质量零件。

通过以上加工实验分析得出：①案例编制的宏程序具有通用性；②加工圆锥台面的尺寸、选用刀具参数和加工精度要求不同时，只需要改变宏程序中的相应变量的数值，程序将会自动计算出相关的数据生成刀轨，执行相应的加工，加工出合格的产品；③采用放射加工和等高加工，由于选用的变量参数选值的不同，对加工表面质量会有影响，对刀具的使用寿命也会有影响。