加工区域受限非完整曲面的宏编程

（四川建筑职业技术学院，四川德阳618000）

尽管各类CAM/CAM软件的应用日益普及，宏程序在机械零件含有各种二次圆锥曲线（椭圆、抛物线、双曲线）以及一些渐开线加工中，由于在数学上可用三角函数、参数方程加以表达，因此宏程序在此仍有着广泛的应用。

本文讨论了在一个常规的圆柱面中间有一个圆柱形岛屿，加工该圆柱面时要求避开这个岛屿（加工区域不是一个完整圆柱面，受到岛屿的限制），来说明加工区域受限的非完整曲面加工。并总结这一类问题的基本思路和方法，以达到举一反三的目的。

图1 带岛屿的曲面加工

1 工件坐标系的建立

本文采用FANUC系统编程。

工件中心为G54原点，顶面为Z0面。加工时，使用R6的球头铣刀。

2 工艺分析

加工图（见图1）。为突出重点，本例中只介绍如何加工R850所对应的圆柱面，因此只标出了必要的相关尺寸。

加工的R850圆柱面在X-Z平面上，Z轴坐标值随X轴值的变化而变化；而X坐标值又随X-Y平面的Y坐标值的变化而变化。整个求解过程可概括为：

Y→X→Z；因此需确定Y坐标的变化范围。

图2 带岛屿的曲面加工区域示意图

2.1 Y轴区域划分

从图2可以看出，整个加工区域沿Y方向划分为A区、B区、C区，以Y坐标来划分，各区的范围如下：

A 区：Y≤ -35.5（65/2+3）

B区：-35.5≤Y≤35.5

C区：Y≥-35.5

其中A区和C区是常见的外圆柱面，可参考相关文献。本文主要讨论B区的加工。由于整个图形关于X、Y轴对称，B区的加工程序只需写右半部分即可，再运用镜像指令（G51.1 X0）来实现左半部分的加工。

图3 带岛屿的曲面任意一点的X、Y、Z坐标值图解

B区起始点的Y坐标为：Y-35.5，图3说明了任意一点P的X、Y、Z坐标的相互关系。

从图3可以看出，以Y坐标#3作为自变量，Y坐标的递增量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。整个求解过程可概括为：

Y=Y+dY（即#3=#3+0.15）→X→Z

2.2 X轴坐标值的变化

在图3 a）所示的俯视图（即XY平面中），Y坐标（#3）作为自变量，其初始值为-35.5 mm，R850 mm圆柱面（B区内）的左侧边界，即为Φ65 mm的圆台（需加上刀具半径3 mm），右侧统一在X 56处。由此可由勾股定理导出R850 mm圆柱面（B区内）任意一点 P的 X坐标值（#4）。至于额外加上的0.03 mm，是因为避免刀具完全达到Φ65 mm的圆台边缘，而影响圆台周边的表面品质所留的余量。一般宜为0.02～0.03 mm（经验值）。所以有：#4=SQRT[35.53*35.53-[#3*#3]]

2.3 Z轴坐标值的变化

求出圆柱面（B区内）左侧边界上任意一点P的X坐标值后，参见图3 b）的前视图（即ZX平面），即可推导出P点的坐标。

具体说明如下：#1=850 mm+3 mm（3 mm为刀具半径），结合P的X坐标（#4），运用勾股定理可推导点P在Z方向上与R850 mm圆心的垂直距离#5，#5=SQRT[#1*#1-#4*#4]；在G54设定坐标系下，Z 坐标（#6）：#6=#5-#1-1。

注意：图中#3、#6是单箭头矢量。

总之，右侧边界→X、Z坐标为常量（X56、Z#2）；左侧边界→X、Z坐标为变量（X#4、Z#6）。

采用（球头铣刀）刀心编程，Z方向对刀需特别注意：平面顶部为Z0面，按此对好刀后，一定再向上偏移一个刀具半径。

3 编程

B区的完整加工程序如下：

4 结束语

通过上例，可总结出加工区域受限的非完整曲面加工宏编程的步骤如下：

（1）确定带岛屿的曲面加工的平面；

（2）确定带岛屿的曲面加工的变化边界；

（3）找出随变化边界而变的X、Y、Z坐标值的关系；

（4）编程加工。

[1]中国机械工业教育协会.数控加工工艺与编程[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2]冯志刚.数控宏程序编程方法、技巧与实例[M].北京：机械工业出版社，2007.