加工區(qū)域受限非完整曲面的宏編程

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川德陽618000）

盡管各類CAM/CAM軟件的應(yīng)用日益普及，宏程序在機(jī)械零件含有各種二次圓錐曲線（橢圓、拋物線、雙曲線）以及一些漸開線加工中，由于在數(shù)學(xué)上可用三角函數(shù)、參數(shù)方程加以表達(dá)，因此宏程序在此仍有著廣泛的應(yīng)用。

本文討論了在一個常規(guī)的圓柱面中間有一個圓柱形島嶼，加工該圓柱面時要求避開這個島嶼（加工區(qū)域不是一個完整圓柱面，受到島嶼的限制），來說明加工區(qū)域受限的非完整曲面加工。并總結(jié)這一類問題的基本思路和方法，以達(dá)到舉一反三的目的。

圖1 帶島嶼的曲面加工

1 工件坐標(biāo)系的建立

本文采用FANUC系統(tǒng)編程。

工件中心為G54原點(diǎn)，頂面為Z0面。加工時，使用R6的球頭銑刀。

2 工藝分析

加工圖（見圖1）。為突出重點(diǎn)，本例中只介紹如何加工R850所對應(yīng)的圓柱面，因此只標(biāo)出了必要的相關(guān)尺寸。

加工的R850圓柱面在X-Z平面上，Z軸坐標(biāo)值隨X軸值的變化而變化；而X坐標(biāo)值又隨X-Y平面的Y坐標(biāo)值的變化而變化。整個求解過程可概括為：

Y→X→Z；因此需確定Y坐標(biāo)的變化范圍。

圖2 帶島嶼的曲面加工區(qū)域示意圖

2.1 Y軸區(qū)域劃分

從圖2可以看出，整個加工區(qū)域沿Y方向劃分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)，以Y坐標(biāo)來劃分，各區(qū)的范圍如下：

A 區(qū)：Y≤ -35.5（65/2+3）

B區(qū)：-35.5≤Y≤35.5

C區(qū)：Y≥-35.5

其中A區(qū)和C區(qū)是常見的外圓柱面，可參考相關(guān)文獻(xiàn)。本文主要討論B區(qū)的加工。由于整個圖形關(guān)于X、Y軸對稱，B區(qū)的加工程序只需寫右半部分即可，再運(yùn)用鏡像指令（G51.1 X0）來實(shí)現(xiàn)左半部分的加工。

圖3 帶島嶼的曲面任意一點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)值圖解

B區(qū)起始點(diǎn)的Y坐標(biāo)為：Y-35.5，圖3說明了任意一點(diǎn)P的X、Y、Z坐標(biāo)的相互關(guān)系。

從圖3可以看出，以Y坐標(biāo)#3作為自變量，Y坐標(biāo)的遞增量dY的取值因粗、精加工的不同要求而不同。精加工dY取0.15 mm，粗加工取0.4～0.6 mm。整個求解過程可概括為：

Y=Y+dY（即#3=#3+0.15）→X→Z

2.2 X軸坐標(biāo)值的變化

在圖3 a）所示的俯視圖（即XY平面中），Y坐標(biāo)（#3）作為自變量，其初始值為-35.5 mm，R850 mm圓柱面（B區(qū)內(nèi)）的左側(cè)邊界，即為Φ65 mm的圓臺（需加上刀具半徑3 mm），右側(cè)統(tǒng)一在X 56處。由此可由勾股定理導(dǎo)出R850 mm圓柱面（B區(qū)內(nèi)）任意一點(diǎn) P的 X坐標(biāo)值（#4）。至于額外加上的0.03 mm，是因?yàn)楸苊獾毒咄耆_(dá)到Φ65 mm的圓臺邊緣，而影響圓臺周邊的表面品質(zhì)所留的余量。一般宜為0.02～0.03 mm（經(jīng)驗(yàn)值）。所以有：#4=SQRT[35.53*35.53-[#3*#3]]

2.3 Z軸坐標(biāo)值的變化

求出圓柱面（B區(qū)內(nèi)）左側(cè)邊界上任意一點(diǎn)P的X坐標(biāo)值后，參見圖3 b）的前視圖（即ZX平面），即可推導(dǎo)出P點(diǎn)的坐標(biāo)。

具體說明如下：#1=850 mm+3 mm（3 mm為刀具半徑），結(jié)合P的X坐標(biāo)（#4），運(yùn)用勾股定理可推導(dǎo)點(diǎn)P在Z方向上與R850 mm圓心的垂直距離#5，#5=SQRT[#1*#1-#4*#4]；在G54設(shè)定坐標(biāo)系下，Z 坐標(biāo)（#6）：#6=#5-#1-1。

注意：圖中#3、#6是單箭頭矢量。

總之，右側(cè)邊界→X、Z坐標(biāo)為常量（X56、Z#2）；左側(cè)邊界→X、Z坐標(biāo)為變量（X#4、Z#6）。

采用（球頭銑刀）刀心編程，Z方向?qū)Φ缎杼貏e注意：平面頂部為Z0面，按此對好刀后，一定再向上偏移一個刀具半徑。

3 編程

B區(qū)的完整加工程序如下：

4 結(jié)束語

通過上例，可總結(jié)出加工區(qū)域受限的非完整曲面加工宏編程的步驟如下：

（1）確定帶島嶼的曲面加工的平面；

（2）確定帶島嶼的曲面加工的變化邊界；

（3）找出隨變化邊界而變的X、Y、Z坐標(biāo)值的關(guān)系；

（4）編程加工。

[1]中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會.數(shù)控加工工藝與編程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]馮志剛.數(shù)控宏程序編程方法、技巧與實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.