項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工２)常見曲面常見曲面如圖１０－５~圖１０－８所示。圖１０－５~圖１０－８是目前機(jī)械加工中一些常見的曲面結(jié)構(gòu)，在目前的機(jī)械加工中，絕大多數(shù)曲面采取軟件造型、自動(dòng)編程的方法寫出程序，常見的編程軟件如ＵＧ、ＰＲＯ/Ｅ、ＤＥＬＣＡＭ等，種類繁多、功能全面。本任務(wù)主要學(xué)習(xí)的是用手工方式編制曲面程序的方法。手工編制曲面程序并不能囊括所有的曲面結(jié)構(gòu)，只能對(duì)一些有規(guī)律可循、有公式可依的曲面進(jìn)行編程，有一定的局限性，但是采用手工編制曲面程序能節(jié)省作圖時(shí)間，也可以方便地調(diào)節(jié)步距、切削用量等參數(shù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工２.曲面加工需要注意的一些問題１)加工曲面所使用的刀具我們平時(shí)機(jī)械加工中所使用的刀具多數(shù)為盤形銑刀、立式銑刀、鍵槽銑刀等，這些刀具加工平行或垂直于基準(zhǔn)坐標(biāo)面的表面的切削性能良好，但是對(duì)于空間曲面來說由于刀具與面的接觸為點(diǎn)接觸，所以切削性能并不好(圖１０－９)，這就必須使用一種可以與曲面形成面接觸或線接觸的刀具(圖１０－１０)以改善加工表面的粗糙度，這就產(chǎn)生了球頭銑刀與圓鼻銑刀。立式銑刀、球頭銑刀的區(qū)別如圖１０－１１所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工２)曲面走刀路線的選擇曲面加工中，走刀路線的選擇能在很大限度上決定工件的表面質(zhì)量，正確選擇走刀路線能改善工件的表面粗糙度。常見三軸數(shù)控銑床的走刀路線的設(shè)定有以下三種方式。①垂直于曲面母線的走刀方式，如圖１０－１２所示。此種路線加工出的曲面表面刀紋平行，也叫作環(huán)繞切削，加工出的工件表面粗糙度均勻，能方便地控制表面質(zhì)量。并且刀具切削力均勻，不容易損傷刀具，是一般加工中比較常用的切削路線設(shè)計(jì)方式。②平行于曲面母線的走刀方式，如圖１０－１３所示。此種方式的走刀路線均平行于曲面的母線，加工出的刀路也比較均勻，粗糙度容易控制，并且此種方式編程比較簡(jiǎn)便。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工這種方式的缺點(diǎn)是刀具的切削力不均勻，常有扎刀的現(xiàn)象，刀具磨損快且容易損壞。③跟隨周邊的走刀方式，如圖１０－１４所示。此種方式的走刀路線形狀與工件的周邊形狀相同，一般為由外向內(nèi)的銑削方式，這種方式在自動(dòng)編程中應(yīng)用很多。優(yōu)點(diǎn)是刀具路徑短，節(jié)省加工時(shí)間。缺點(diǎn)是切削性能不好，刀具切削力不均勻，刀具磨損快；加工后曲面表面刀紋形狀不美觀，表面粗糙度不均勻，且不好調(diào)整；手工編程復(fù)雜，刀位點(diǎn)不好確定。所以此種方式不常使用。以上為三軸數(shù)控銑床加工曲面的一些刀路設(shè)計(jì)，下面簡(jiǎn)單了解一下五軸數(shù)控機(jī)床的刀路。從理論上講，三軸數(shù)控機(jī)床刀具可以運(yùn)行到任意目標(biāo)點(diǎn)(行程極限以內(nèi))，可以對(duì)空間內(nèi)的任意路線進(jìn)行加工。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工但是三軸機(jī)床的主要缺點(diǎn)是刀具必須為豎直安裝，刀具不能擺動(dòng)，一旦遇到加工部位的上面有遮擋的情況就無法加工，所以五軸機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。圖１０－１５簡(jiǎn)單表述了五軸機(jī)床的加工方式，僅供參考。３)球頭銑刀的切削速度目前所使用刀具多為硬質(zhì)合金涂層銑刀，適用于高速切削。無涂層合金刀具的切削速度在７０~９０ｍ/ｍｉｎ，涂層刀具根據(jù)涂層質(zhì)量的不同一般在１５０~２６０ｍ/ｍｉｎ。我們就以１５０ｍ/ｍｉｎ作為對(duì)象來計(jì)算一下立銑刀、球頭銑刀和圓鼻銑刀在進(jìn)行曲面精加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工根據(jù)機(jī)械加工手冊(cè)，主軸轉(zhuǎn)速與切削速度及刀具直徑的關(guān)系公式為:ｎ＝ｖｃ×１０００/πＤ其中:ｎ———主軸轉(zhuǎn)速，單位為ｒ/ｍｉｎ；ｖｃ———切削速度，單位為ｍ/ｍｉｎ；Ｄ———刀具直徑。我們選擇的刀具為?１６ｍｍ立銑刀、?１６ｍｍ球頭銑刀和?１６ｍｍＲ２ｍｍ圓鼻銑刀。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工如圖１０－１６所示刀具為?１６ｍｍ立銑刀，刀具與曲面的接觸點(diǎn)為Ａ點(diǎn)，此時(shí)Ａ點(diǎn)相對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)中心的直徑?１６ｍｍ，根據(jù)公式有ｎ＝ｖｃ×１０００/πＤ≈１５０×１０００/３.１４×１６ｒ/ｍｉｎ≈２９８６ｒ/ｍｉｎ所以在此刀具允許的切削速度為１５０ｍ/ｍｉｎ的情況下，在切削如圖１０－１６所示曲面的精加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速選擇為２９８６ｒ/ｍｉｎ。如圖１０－１７所示刀具為球頭銑刀，在加工曲面時(shí)，刀具與工件的接觸點(diǎn)并不一定是刀具的最大直徑處，我們?cè)谟?jì)算切削速度的時(shí)候應(yīng)以ＡＣ線的長(zhǎng)度為準(zhǔn)。圖１０－１７中∠Ｏ１ＣＡ＝∠Ｏ１ＯＢ，那么ＡＣ＝Ｏ１Ｃ×ｃｏｓα＝８×ｃｏｓα。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工如果α＝６０°，則ＡＣ＝(８×ｃｏｓ６０°)ｍｍ＝４ｍｍ，那么按照切削速度１５０ｍ/ｍｉｎ，此時(shí)主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)選擇為ｎ＝ｖｃ×１０００/πＤ≈１５０×１０００/３.１４×８ｒ/ｍｉｎ＝５９７１ｒ/ｍｉｎ所以此時(shí)所應(yīng)選擇的主軸速度為５９７１ｒ/ｍｉｎ。如果α＝３０°，則ＡＣ＝(８×ｃｏｓ３０°)ｍｍ≈６.９３ｍｍ，那么此時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)選擇為ｎ＝ｖｃ×１０００/πＤ≈１５０×１０００/３.１４×１３.８６ｒ/ｍｉｎ≈３４４７ｒ/ｍｉｎ所以，當(dāng)α越小時(shí)，刀具與曲面的接觸點(diǎn)越接近刀具邊緣，所需的主軸轉(zhuǎn)速越低，當(dāng)α越大時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速越高。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工當(dāng)α等于９０°時(shí)，ｎ趨向于無窮大，也就是說，不論把ｎ提高到多大的轉(zhuǎn)速，當(dāng)α為９０°時(shí)，實(shí)際切削速度都為０，即刀具的底面刀尖的切削性能最差，不能用底面刀尖對(duì)工件進(jìn)行切削。由于球頭銑刀切削性能的限制，目前圓鼻銑刀逐漸替代球頭銑刀成為大多數(shù)曲面精加工的首選，圓鼻銑刀切削性能好、刀具剛性高、可重新刃磨性能好，切削方式如圖１０－１８所示。如圖１０－１８所示，圓鼻銑刀的圓角為Ｒ２ｍｍ，則刀具的平底直徑為Ｄ平＝１２ｍｍ。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工當(dāng)α＝６０°時(shí)，刀具與工件接觸點(diǎn)相對(duì)于刀具回轉(zhuǎn)中心的直徑Ｄ實(shí)＝Ｏ１Ｃ×ｃｏｓα×２＋８＝(２×ｃｏｓ６０°＋８)ｍｍ＝９ｍｍ，則此時(shí)應(yīng)選擇的主軸轉(zhuǎn)速為ｎ＝ｖｃ×１０００/πＤ≈１５０×１０００/３.１４×９ｒ/ｍｉｎ≈５０３８ｒ/ｍｉｎ。當(dāng)α＝３０°時(shí)，刀具與工件接觸點(diǎn)相對(duì)于刀具回轉(zhuǎn)中心的直徑Ｄ實(shí)＝Ｏ１Ｃ×ｃｏｓα×２＋８＝(２×ｃｏｓ３０°＋８)ｍｍ≈９.７３２ｍｍ，此時(shí)應(yīng)選擇的主軸轉(zhuǎn)速為ｎ＝ｖｃ×１０００/πＤ≈１５０×１０００/３.１４×９.７３２ｒ/ｍｉｎ≈４９０９ｒ/ｍｉｎ。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工當(dāng)α＝９０°時(shí)，Ｄ實(shí)＝Ｏ１Ｃ×ｃｏｓα×２＋８＝(２×ｃｏｓ９０°＋８)ｍｍ＝８ｍｍ，則ｎ＝ｖｃ×１０００/πＤ≈１５０×１０００/３.１４×８ｒ/ｍｉｎ≈５９７１ｒ/ｍｉｎ。從上面的計(jì)算可以看出，圓鼻銑刀隨著α角的不同，實(shí)際的切削直徑變化不大，需要的主軸轉(zhuǎn)速改變也不大，即使α＝９０°，實(shí)際的切削直徑也有１２ｍｍ。相對(duì)于球頭銑刀的性能要好很多。４)刀位點(diǎn)的計(jì)算本部分僅以球頭銑刀為例，圓鼻銑刀同理。圖１０－１９~圖１０－２１為球頭銑刀銑削圓角?，F(xiàn)在就以已知條件來計(jì)算目前狀態(tài)下球頭銑刀的坐標(biāo)(工件原點(diǎn)定位在工件的上表面中心)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工首先，Ｙ坐標(biāo)在圖１０－２０上已經(jīng)標(biāo)注，坐標(biāo)為Ｙ２０。下面計(jì)算Ｘ坐標(biāo)。根據(jù)圖１０－２１，∠Ｏ１ＯＢ＝∠Ｏ１ＣＡ＝６０°，ＯＢ＝Ｏ１Ｏ×ｃｏｓ６０°＝(３＋５)×０.５＝４，那么目前的Ｘ坐標(biāo)為Ｘ＝３５＋ＯＢ＝３５＋４＝３９。(二)宏程序編程基礎(chǔ)１.宏程序基礎(chǔ)１)宏程序概述宏程序是指利用變量編制的數(shù)控程序。它可使得編制相同加工操作的程序更方便、更容易。用戶宏程序和調(diào)用子程序完全一樣，既可以在主程序中使用，也可以當(dāng)作子程序來調(diào)用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工宏程序也可以理解成將一組命令所構(gòu)成的功能，像子程序一樣事先存入存儲(chǔ)器中，用一個(gè)命令作為代表，執(zhí)行時(shí)只需寫出這個(gè)代表命令，就可以執(zhí)行其功能。這一組命令稱為用戶宏程序。宏程序分為Ａ類宏程序和Ｂ類宏程序，Ａ類宏程序很少使用，目前廣泛使用的都是Ｂ類宏程序，所以我們以Ｂ類宏程序作為代表來講解。２)變量(１)變量的表示。變量用變量符號(hào)“?！焙妥兞刻?hào)制定。表達(dá)式可以用來制定變量號(hào)。此時(shí)表達(dá)式必須封閉在括號(hào)中。例如:＃１，＃[＃１＋＃２－１２](２)宏程序中變量的類型。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工變量一共有４種類型，各種變量的范圍和功能如表１０－１所示。３)變量的引用為在程序中使用變量值，在制定變量后跟變量號(hào)的地址。當(dāng)用表達(dá)式制定變量時(shí)，把表達(dá)式放在括號(hào)中。例如:Ｇ０１Ｘ＃１Ｆ＃[＃２＋＃３]變量引用時(shí)的注意事項(xiàng):(１)用程序定義變量值時(shí)，可以省略小數(shù)點(diǎn)。沒有小數(shù)點(diǎn)變量的數(shù)值單位為各地址字的最小設(shè)定單位。因此，傳遞沒有小數(shù)點(diǎn)的變量，將會(huì)因機(jī)床的系統(tǒng)設(shè)置不同而發(fā)生變化。在宏程序調(diào)用中使用小數(shù)點(diǎn)可以提高程序的兼容性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工(２)被引用的變量值按各地址的最小設(shè)定單位進(jìn)行四舍五入。例如，對(duì)于最小設(shè)定單位為１/１０００的數(shù)控機(jī)床，當(dāng)＃１為１２.３４５６時(shí)，若執(zhí)行Ｇ００Ｘ＃１，相當(dāng)于Ｇ００Ｘ１２.３４６；若要改變變量值的符號(hào)引用，則要在“?！狈?hào)前加上“－”號(hào)，如Ｇ００Ｘ－＃１。４)變量的賦值在程序中若對(duì)局部變量進(jìn)行賦值，可通過自變量地址，對(duì)局部變量進(jìn)行傳遞。有兩種形式的自變量賦值方法。形式１使用了除Ｇ、Ｌ、Ｏ、Ｎ和Ｐ以外的字母，每個(gè)字母對(duì)應(yīng)一個(gè)局部變量。對(duì)應(yīng)關(guān)系如表１０－２所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工自變量形式２使用Ａ、Ｂ、Ｃ各１次和Ｉ、Ｊ、Ｋ各１０次對(duì)局部變量賦值，自變量２用于傳遞諸如三位坐標(biāo)值的變量。對(duì)應(yīng)關(guān)系如表１０－３所示。數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)識(shí)別自變量１和２的類型，如果自變量１和２混合賦值，后指定的自變量類型有效。變量的賦值方法有兩種，即直接賦值和引數(shù)賦值，其中直接賦值的方法比較直觀、方便，所有的具有宏程序功能的數(shù)控系統(tǒng)都具有變量直接賦值的功能。５)算術(shù)和邏輯運(yùn)算在利用變量進(jìn)行編程時(shí)，變量之間可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工(１)算術(shù)運(yùn)算。以ＦＡＮＵＣ－０ｉ－ＭＤ數(shù)控系統(tǒng)為例，其算術(shù)運(yùn)算的功能和格式如表１０－４所示。(２)邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算的運(yùn)算符和含義如表１０－５所示。(３)運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)。宏程序數(shù)學(xué)運(yùn)算的優(yōu)先次序?yàn)?函數(shù)(ＳＩＮ、ＣＯＳ、ＡＴＡＮ等)→乘、除類運(yùn)算(×、÷、ＡＮＤ等)→加、減類運(yùn)算(＋、－、ＯＲ、ＸＯＲ等)。例如，“＃１＝＃２＋＃３?ＳＩＮ[＃４]”或“Ｒ１＝Ｒ２＋Ｒ３?ＳＩＮ[Ｒ４]；”運(yùn)算順序?yàn)?函數(shù)ＳＩＮ[＃４]→乘＃３

→加＃２

。(４)括號(hào)的嵌套。當(dāng)要變更運(yùn)算的優(yōu)先順序時(shí)，使用括號(hào)。包括函數(shù)的括號(hào)在內(nèi)，括號(hào)最多可用到５重，超過５重時(shí)則出現(xiàn)報(bào)警。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工另外不管使用幾重括號(hào)，都是使用中括號(hào)([

])。例如，＃１＝ＳＩＮ[[[＃２＋＃３]?＃４＋＃５]?＃６]。(５)角度單位。在ＦＡＮＵＣ數(shù)控系統(tǒng)和ＳＩＥＭＥＮＳ數(shù)控系統(tǒng)中，角度以度(°)為單位。例如，９０°３０′表示成９０.５°。而在ＨＮＣ－２１/２２Ｍ數(shù)控系統(tǒng)中角度以弧度(ｒａｄ)為單位，因此在進(jìn)行三角函數(shù)運(yùn)算時(shí)，應(yīng)將角度轉(zhuǎn)換為弧度。例如，計(jì)算正弦３０°值，應(yīng)書寫成ＳＩＮ[３０?ＰＩ/１８０](ＰＩ＝π)。６)控制語句在程序中可使用ＧＯＴＯ、ＩＦ語句(條件轉(zhuǎn)移、如果)、ＷＨＩＬＥ語句(循環(huán)、當(dāng))。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工(１)無條件轉(zhuǎn)移(ＧＯＴＯ語句):無條件轉(zhuǎn)移到順序號(hào)為ｎ的程序段。指令格式:ＧＯＴＯｎ；其中:ｎ———順序號(hào)(語句號(hào)字)，可?。眫９９９９９，順序號(hào)也可用表達(dá)式表示。例如:ＧＯＴＯ１；ＧＯＴＯ＃１０；(２)條件轉(zhuǎn)移(ＩＦ語句):ＩＦ后面是條件式，若條件成立，則轉(zhuǎn)移到順序號(hào)為ｎ的程序段語句；否則，執(zhí)行下一個(gè)程序段。例如，若＃１值比１０大，則轉(zhuǎn)移到順序號(hào)Ｎ６０的程序段。指令格式:ＩＦ[＃１ＧＴ１０]ＧＯＴＯ６０；上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工條件不成立則按程序順序執(zhí)行；條件成立則執(zhí)行Ｎ６０程序段。(３)循環(huán)語句(ＷＨＩＬＥ語句):在ＷＨＩＬＥ語句后指定一個(gè)條件表達(dá)式。指令格式:ＷＨＩＬＥ[條件式]ＤＯｍ(ｍ＝１，２，３)

條件不成立(假)ＥＮＤｍ；

在條件成立期間，數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行ＥＮＤｍ后的程序；條件不成立時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行ＷＨＩＬＥ之后的ＤＯ~ＥＮＤｍ間的程序。條件式和運(yùn)算符與ＩＦ語句相同。數(shù)控系統(tǒng)中的ＤＯ和ＥＮＤ后的ｍ數(shù)值是指定執(zhí)行范圍的識(shí)別符，可使用１、２、３；非１、２、３時(shí)報(bào)警。上一頁(yè)下一頁(yè)返回項(xiàng)目十曲面的數(shù)控銑削編程與加工在ＤＯ~ＥＮＤ之間的循環(huán)識(shí)別號(hào)(１~３)可使用任意次，但是不能執(zhí)行交叉循環(huán)，否則報(bào)警。若省略了ＷＨＩＬＥ語句，只指定了ＤＯｍ，則從ＤＯ~ＥＮＤ之間形成無限循環(huán)。２.分層銑削的編程方法分層銑削是宏程序在數(shù)控程序中應(yīng)用最多的一種編程方法。目前的數(shù)控加工，加工方法與以前有很大不同:以前的數(shù)控機(jī)床多使用高速鋼刀具，主要特點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速低、進(jìn)給速度慢、背吃刀量比較大；目前的數(shù)控設(shè)備多為使用合金涂層銑刀的高速切削方式，主要特點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速高、進(jìn)給速度高、背吃刀量比較小。上一頁(yè)下一