孟曉華

0 引言

數(shù)控銑床是機(jī)械加工領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的三坐標(biāo)加工設(shè)備，由于集成了數(shù)字控制、機(jī)械、電氣等技術(shù)于一體，具有加工精度好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)是其核心部件，可根據(jù)輸入裝置獲得的程序指令在執(zhí)行譯碼、插補(bǔ)等運(yùn)算處理后，將數(shù)據(jù)輸出到伺服單元，控制電機(jī)按照加工程序運(yùn)行，進(jìn)而得到所需零件輪廓[1]。

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，零件的結(jié)構(gòu)、形狀也日趨復(fù)雜。單純采用插補(bǔ)指令G01、G02、G03和輔助指令M03、M05等一般方法編程時(shí)，計(jì)算量大、程序段多，要求程序員數(shù)值處理能力很高，不僅增加了編程難度，也不利于保證零件加工質(zhì)量，無(wú)法滿足加工要求。與一般手工編程相比，采用技巧性編程可減少編程者的數(shù)學(xué)處理工作，使程序段數(shù)目大幅減少，同時(shí)利用CNC系統(tǒng)自身的計(jì)算功能，最大限度消除了手工編程計(jì)算的誤差，保證了加工精度[2]。下面以在華中HNC-210B數(shù)控銑床上銑削具有陣列特征的復(fù)雜輪廓為例，說明其綜合應(yīng)用。

1 任務(wù)描述與加工分析

圖1 銑削任務(wù)零件圖

加工時(shí)，先將毛坯用平口鉗固定并墊若干墊鐵，保證工件不懸空，然后用Ф12mm立銑刀先后銑削）圓輪廓和5個(gè)R20弧輪廓，最后用Ф5mm立銑刀銑削）槽輪廓。機(jī)床選用大連機(jī)床集團(tuán)生產(chǎn)的VDL600A型三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床（華中系統(tǒng)HNC-210B）.

2 任務(wù)主要指令

（1）極坐標(biāo)指令。編程格式如下：

其中：G38/G37表示極坐標(biāo)建立/取消；X_Y_表示極坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)；

RP/AP表示極半徑/極角，默認(rèn)狀態(tài)下，RP為點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，AP為點(diǎn)和坐標(biāo)系原點(diǎn)的連線與+X方向之間的夾角，逆時(shí)針為正。

（2）坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)指令和程序調(diào)用指令

坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)指令通常用于對(duì)已有子程序的重復(fù)使用，故常與程序調(diào)用指令配合使用。格式如下：

其中：G68/G69表示旋轉(zhuǎn)建立/取消；X_Y_表示旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)坐標(biāo)；P（G68）表示旋轉(zhuǎn)角度；

對(duì)于子程序調(diào)用指令M98，其地址P后四位數(shù)字為被調(diào)用的子程序號(hào)，并以子程序中M99結(jié)束調(diào)用，返回主程序。具體調(diào)用過程如下：

3 加工實(shí)施與程序編制

3.1 試切對(duì)刀

對(duì)刀操作的目的是建立工件坐標(biāo)系。本例采用試切對(duì)刀法：①在X方向試切零件左右兩側(cè)（無(wú)Y向軸移），依次按下系統(tǒng)面板上記錄Ⅰ、記錄Ⅱ和分中功能鍵；②在Y方向采用同樣的方法操作；③在Z向試切工件上表面，按下當(dāng)前位置。對(duì)刀后，工件坐標(biāo)系原點(diǎn)被置于工件上表面中心點(diǎn)處，為下一步編程打下基礎(chǔ)。

3.2 建立刀補(bǔ)

銑削加工時(shí)，刀具中心沿著工件輪廓移動(dòng)，由于刀具半徑的存在，必然造成過切，因此必須通過刀補(bǔ)設(shè)置使刀具偏移一定數(shù)值。設(shè)置刀補(bǔ)后，系統(tǒng)可根據(jù)刀補(bǔ)參數(shù)和輪廓軌跡自動(dòng)計(jì)算出刀具中心的實(shí)際移動(dòng)軌跡，進(jìn)而加工出合格輪廓。設(shè)置時(shí)必須判定補(bǔ)償類型：沿刀具運(yùn)動(dòng)方向看去，若刀具在工件輪廓左側(cè)為左刀補(bǔ)（G41），在工件輪廓右側(cè)則為右刀補(bǔ)（G42），結(jié)束時(shí)以G40取消刀補(bǔ)。其格式如下：

本例刀補(bǔ)參數(shù)設(shè)置，見表1。

表1 刀具使用及刀補(bǔ)參數(shù)設(shè)定

3.3 加工程序

選擇圖1正右側(cè)的槽與弧輪廓作為基準(zhǔn)加工輪廓，進(jìn)行極坐標(biāo)編程。將極坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置于零件輪廓中心處，通過CAD軟件查得基準(zhǔn)輪廓各拐點(diǎn)處的極坐標(biāo)數(shù)值，見表2.

表2 基準(zhǔn)輪廓（弧、槽）的拐點(diǎn)極坐標(biāo)數(shù)據(jù)表

綜合以上知識(shí)，本例NC數(shù)控銑削程序如下：

O0001主程序①（Φ12立銑刀依次銑削圓和弧）

N0001 G54 G90 G00 X70 Y0

N0002 Z5 （運(yùn)行至安全平面）

N0003 S500 M03

N0004 G01 Z-8 F200 （移至圓切削平面）

N0005 G41 X55 Y15 D01（建立1號(hào)左刀補(bǔ)）

N0006 G03 X40 Y0 R15

N0007 G02 I-40 （銑削Ф80圓輪廓）

N0008 G03 X55 Y-15 R15

N0009 G00 G40 X70 Y0（取消刀補(bǔ)）

N0010 Z5 （返回至安全平面）

N0011 X0 Y0 （運(yùn)行至中心點(diǎn)）

N0012 M98 P0002 （調(diào)用子程序①）

N0013 G68 X0 Y0 P72（坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)72°）

N0014 M98 P0002 （調(diào)用子程序①）

N0015 G68 X0 Y0 P144（坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)144°）

N0016 M98 P0002 （調(diào)用子程序①）

N0017 G68 X0 Y0 P216（坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn) 216°）

N0018 M98 P0002 （調(diào)用子程序①）

N0019 G68 X0 Y0 P288（坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn) 288°）

N0020 M98 P0002 （調(diào)用子程序①）

N0021 G69 （旋轉(zhuǎn)取消）

N0022 G00 Z100 （抬刀至安全高度）

N0023 M05

N0024 M30

O0002（子程序①：基準(zhǔn)弧輪廓銑削）

N0001 G00 X70 Y0

N0002 Z-4 （移至弧切削平面）

N0003 G42 Y-20 D01（建立1號(hào)右刀補(bǔ)）

N0004 G38 X0 Y0 （極坐標(biāo)編程建立）

N0005 G01 AP=-22.866 RP=40 F200

N0006 G02 AP=22.866 RP=40 R20

N0007 G37 （極坐標(biāo)編程取消）

N0008 G01 X70 Y20

N0009 G40 Y0 （取消刀補(bǔ)）

N0010 G00 Z5

N0011 X0 Y0 （返回旋轉(zhuǎn)中心）

N0012 M99 （調(diào)用結(jié)束，返回）

主程序②（Φ5立銑刀銑削5個(gè)槽輪廓）

O0003

N0001 G00 Z5

N0002 S1000 M03

N0003 M98 P0004

N0004 G68 X0 Y0 P72（坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)72°）

N0005 M98 P0004 （調(diào)用子程序②）

N0006 G68 X0 Y0 P144（坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn) 144°）

N0007 M98 P0004 （調(diào)用子程序②）

N0008 G68 X0 Y0 P216（坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn) 216°）

N0009 M98 P0004 （調(diào)用子程序②）

N0010 G68 X0 Y0 P288（坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn) 288°）

N0011 M98 P0004 （調(diào)用子程序②）

N0012 G69 （旋轉(zhuǎn)取消）

N0013 G00 Z100

N0014 X100 Y100

N0015 M05

N0016 M30

O0004（子程序②：基準(zhǔn)槽輪廓銑削）

N0001 G00 X50 Y45

N0002 G01 Z-4 F200 （移至槽切削平面）

N0003 G41 X40 Y35 D02（建立2號(hào)左刀補(bǔ)）

N0004 G38 X0 Y0 （極坐標(biāo)編程建立）

N0005 G01 AP=40.3011 RP=40

N0006 G03 AP=0 RP=17.381 R32.062

N0007 G03 AP=0 RP=23.381 R3

N0008 G02 AP=31.699 RP=40 R26.062

N0009 G37 （極坐標(biāo)編程取消）

N0010 G00 Z5

N0011 G40 X0 Y0 （返回中心）

N0012 M99 （調(diào)用結(jié)束，返回）

將以上程序進(jìn)行仿真加工校驗(yàn)之后在機(jī)床上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工，最終效果如圖2所示。

圖2 任務(wù)銑削模擬仿真與實(shí)際加工效果圖

4 結(jié)論

本案例中，先采用極坐標(biāo)G38/G37指令編制基準(zhǔn)槽輪廓和基準(zhǔn)弧輪廓加工程序作為子程序，再經(jīng)主程序坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)指令G68/G69變換坐標(biāo)后，利用M98/M99指令調(diào)用上述子程序，從而實(shí)現(xiàn)相同輪廓的多次加工?？梢钥闯?，利用該技巧編程時(shí)，只需要選出相同輪廓中特征最清晰的作為基準(zhǔn)輪廓，然后利用坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)和子程序調(diào)動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)其余相同輪廓的加工，極大地簡(jiǎn)化了數(shù)值計(jì)算，使程序變得簡(jiǎn)潔明了，效率顯著提升。

[1]嵇 寧.數(shù)控加工編程與操作[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]陽(yáng) 濤.基于華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)宏程序的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2007，35（9）：256-257.

[3]馬立克，張麗華.數(shù)控編程與加工技術(shù)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2004.

[4]姜永梅，薛云霄.典型槽型零件數(shù)控銑加工的手工編程方法[J].機(jī)械工程師，2010（3）：87-89.

[5]孫德茂.數(shù)控機(jī)床銑削加工直接編程技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[6]段瑞永.基于華中數(shù)控的刀具半徑補(bǔ)償在加工中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2015（1）：207-208.