由线性图形组成的复杂型面铣削编程方法分析

2021-10-23李建宏

新型工业化 2021年7期

关键词：宏程序刀具编程

李建宏

（中国航发西控，陕西西安 710068）

0 引言

数控加工中心设备的应用实现了机械加工的自动化。为了保证数控加工质量与效率，编程方法是基础。复杂型面铣削的数控编程体现一定的特殊性。本文结合宏程序编程，分析了编程的方法。

1 宏程序简介

1.1 宏程序的概念

宏程序是将一群具有特定功能的命令集合体，类似于子程序存储于数控系统的内部存储中。功能的实现借助命令的调用。在执行程序时只需要调用相应的命令，就可以执行相应的程序。所使用命令组合可以被称为用户宏指令。通常来说，编制数控程序中字表达为常量，此方法只能用于描述单一的几何形状，灵活性与通用性不足。而针对数控机床的使用产生了一种新的编程方法，宏程序编程。宏程序编程借助变量与用户宏命令得以实现，可以用于不同变量间的操作执行，可以结合需要灵活设置变量的数值。加工工艺类似的工序可集中于同组，借助变量提前编写出用户宏程序的主体部分。需要加工成批工件时，对于变量赋于实际参考值即可以实现，由于不需要再重新编程，可以提升加工效率。

1.2 宏程序的特点

宏程序是各类变量的组合，借助不同算术和逻辑运算，编制出能灵活运用的程序。宏程序借助变量，使具有特定功能的指令保存于存储器中，利用程序来循环并存入相应的指令，只需要改变变量的数值，即完成相应的加工。宏程序体现出如下特点：

（1）编程更加方便、灵活。编程人员可结合需要灵活调用宏程序，结合加工中心的功能实现与数控操作系统的特点，结合工件的轮廓特点，建立加工模型，完成综合编程。借助编程软件可以自动生成相应的程序，需要输入几何参数，才可以实现重复建立建模。加工时需要重新设置各类参数，重新生成数控程序，因此需要较长辅助时间[1]。基于宏程序的数据编程可以解决枯燥、乏味重复性工作存在的弊端，可以大幅缩短编程所用时间。

（2）程度占用的存贮空间小、并且数据传输速度快。自动编程软件的应用虽有优势，但是会生成多行的程序，导到可读性差，并且需要较大的存储空间。普通机床难以存下，只能采用 DNC进行在线加工，需要较长的传输的时间。宏程序占用了较少的存贮空间，传输需要的时间短，可以消除自动编程的缺点，方便加工，体现出较强的操作性。

（3）加工可以保证高精度、高效率。编程软件可以自动生成的数控加工程序，其应用采用了逼近原则，即借助直线逼近圆弧实现近似加工。其不足是需要较长的运算时间，计算中还会存在误差，后续需要采取措施处理误差，产品的加工精度会受到一定的影响。宏程序通过直接调用指令的方式完成圆弧插补，螺旋插补等相关操作，刀具行走路径的控制更加有效，体现出运算快、执行效率高、加工精度高等优势。

2 复杂型面铣削编程要点

2.1 刀位点的合理选择

刀位点是会发生变化的，不同铣刀的刀位点存在差异，如针对盘铣刀，要考虑到其刀位点位于平面与圆柱面的交点上。针对立铣刀，其刀位点位于平面与刀具轴线的交点上。在铣削编程前，要结合工件的特点与加工需要合理选择铣刀，结合铣刀类型，确定刀位点的位置[2]。

2.2 综合考虑零件的尺寸公差

在数据加工中，不同零件的尺寸公差有一定的差异，使用相同类型刀具如果按照规定尺寸编程，规范性会受到影响。解决此类问题，需要图示标注的公差尺寸加以调整，还要优化非对称公差，再完成编程；还可分析图纸中的封闭尺寸，明确累计误差，此方法可以保证编程后的加工误差得以控制；还可适当调整原尺寸，分析封闭式尺寸的定位基准，调整原孔距的标注尺寸。

2.3 防止过切的发生

在数控铣削加以中可发现，过切现象易于发生。铣刀常常过量切削，影响到零件的精度，严重时导致加工零件报废。针对过切现象的控制，可采用多种方法避免过切问题的发生。如对于内角交界处加工时的过切问题，要意识到此类过切现象的发生是因为刀具轨迹在拐角处有了变化，原有的稳定速度发生改变，又不能控制，由于惯性作用而发生过切。铣刀到达内角，接触面积会增加，切削力度会增加，刀具由于变形而发生过切。对于这种问题的解决，要选择刚性强的刀具，虽然刀具的改变会增加加工成本，但是可以保证加工质量，能降低加工的综合成本。

2.4 确定合理的加工路线

确定加工工序后，加工路线的设计要结合相应的工序的特点，保证合理性。针对加工路线的选择，要综合考虑影响因素。如零件的精度要求，还要综合考虑到同等条件下，采用逆

铣加工难以保证精度，针对精加工时要尽可以选择顺铣加工；要尽可能缩短程序执行中的走刀路线，还要控制空刀时间，如果需要加工多个孔，要保证不同点的刀具运行总路线最短。数控编程还要保证切入点的合理性。工艺设计要科学控制走刀路线，力求设计出最短走刀路线，以提高整体的加工效率。走刀路线采用的一般原则是：零件的加工精度与表面粗糙度要保证设计要求；走刀路线要缩短，减少进退刀时间以及辅助时间；易于数值计算，简化编程工作量；尽量减少程序段数[3]。

2.5 保持切削精度

在零件加工时，加工工艺的分析要依据由浅入深、由粗到精的原则，要结合粗加工逐步精加工，工艺设计要保证加工零件的精度与速度的要求，以发挥数控加工高精度的优势。加工前对先对零件粗加工，粗加工要控制切削量，保证加工余量的合理，以减少精加工的切削次数，以达到提高数控加工效率的目标。粗加工后如有必要还要实施半精加工，零件留有过多余量的粗加工进行后如果不能保证尺寸的均匀性，要采用半精加工保证加工余量的合理。精加工要尽可能采用一刀形成的加工方式，在粗加工时要合理控制余量，还要考虑到出刀位置，防止切削力变化引发加工件表面存在划痕。数控加工要依据粗到精的原则，合理选择工艺，以保证加工的精细度，提高加工质量。工艺设计要依据就近的基本原则，加工位置与吃刀距离要合理控制。加工工艺设计采用就近加工原则先要加工距离刀具最近的部位，再考虑离刀具较远的位置，工艺设计要能减少刀具移动距离，降低刀具调作次数，还可以防止由于刀具移动中产生摩擦存在的热传递问题，可以保证刀尖的韧性，有利于避免加工零件时表面有粗糙纹理存在。依据就近原则的加工工艺设计，还能保证半成品的刚性，可以提高效率[4]。

3 采用宏程序加工实例

在实际加工中，分层切削较为普遍，考虑到刀具承受载荷的限制，针对加工深度大的工件，都要多层加工，这会增加加工时间。借助宏程序编程，将深度变为变量，机床会自动完成深度的递减，实现整个轮廓的加工。采用直接进给的方式，避免抬刀，可以减少切削的时间，提高了加工效率。具体举例说明利用宏程序加工复杂型面。如下加工件，两个半圆柱面需要借助加工中心[5]。

如图1所示，该型面由两个半圆柱，一个平面及45°锥面组成。编程前先构思走刀轨迹，建立数学模型，如图2所示。加工工序结合对零件图的分析，分析工件的外形结构，须加工部位的形状、尺寸精度要求与表面粗糙度；了解加工部位不同尺寸的相对位置和尺寸精度；分析工件材料的特点及其他技术要求。明确工件经加工后要达到的标准，包括主要加工尺寸以及重要位置的尺寸精度。分析外形尺寸、在工件的结构及其他连接部位的相对关系等。针对复杂工件或较难以确定工艺基准的零件，要详细分析装配图，了解该零件的使用特点，综合分析工件的工艺基准。研究制定工艺方案的前提是熟悉机床设备条件，把加工内容分配给最适宜的工序，尽可能提高机床的加工特长，保证使用效率。工艺设计要分析零件图的加工要求，加工顺序要合理安排。加工顺序的安装方法是先安排工件上基准部位，然后加工其他部位，重点是安排工件工艺基准面的加工工序。结合工件加工批量，分析加工工序，充分估计加工中会发生的各类问题，有针对性地予以解决。编程时选用的刀心轨迹，对刀完成后要加入刀具半径补偿。倒角与倒圆角可以采用变量来实现刀具补偿，在每次改变刀补会有空刀，在一定程度上影响了加工效率，但其编程方法简单，在同类型倒角与倒圆角时可直接调用宏程序，只要改变子程序就可以，因此其适用性较为广泛。