辊轧类零件精加工方法探讨

摘 要：辊轧类零件过渡曲面是复杂的非圆曲线曲面，辊轧类零件精加工一般采用数控加工。本文主要探讨辊轧类零件数控加工程序编制中变量设置、数学模型建立、逻辑判断语句的设立等问题。

关键词：辊轧类零件；非圆曲线曲面；数控编程

辊轧类零件是指用轧制技术方法成型的机器零件的技术，是冶金轧制技术和机械技术的交叉、延伸与发展，辊轧类零件轧制技术是先进制造技术的重要组成部分，在我国得到了广泛的应用。辊轧类零件毛坯接近最终成型零件的结构形状，具有复杂的非圆曲线曲面。因此为了使辊轧类零件最终成型，掌握辊轧类零件复杂曲线曲面的精加工方法尤为重要。

对于复杂的曲线曲面精加工，一般采用数控机床加工技术。对于非圆曲线曲面而言，则采用宏程序编程（FANUC系统）或参数编程（SINUMERIK系统），即将变量（R参数）、数学模型和逻辑判断语句引入加工程序。

一、辊轧类零件曲线曲面的程序设计

（一）有规则的非圆曲线曲面的程序设计

在对球、椭圆、双曲线、抛物线等规则曲线，能建立统一的数学模型的线、面进行程序设计时，就要将数学模型两个变量中的一个设置为自变量，另一个变量是随着自变量变动而变动，也就是建立方程式；数控系统中有特定的符号表达这个变量，用这些特定的符号建立该曲线曲面的方程式；除此而外，还要计算出曲线曲面的起始点，设定步距；采用最简单的直线段逼近法，或稍微复杂的圆弧逼近法，将加工程序设计出来。

（二）不规则的非圆曲线曲面的程序设计

对不规则曲线、曲面进行程序设计时，要先对曲线曲面特征判断，将不同特征的曲线曲面分离出来，把这些连续的特征曲线曲面分段研究。如果有些特征是有规则的非圆曲线曲面，套用有规则的非圆曲线曲面方法进行程序设计。如果有些特征不是有规则曲线曲面，只能绘制出曲线重要节点的位置，得出一系列节点坐标数据，利用这些节点数据编制程序。

二、程序结构流程框图设计

辊轧类零件数控加工程序是由数控系统编程语言书写的一系列指令和程序段组成的，指令涉及到数控机床主运动、进给运动、辅助装置开关、刀具、切削用量等，把这些内容用最简洁方法描述，就是程序结构流程框图。在对零件进行数控加工工艺分析后，在编写程序之前，应先绘制程序结构流程框图，它比文字表达更直观、更容易检查和调整。

程序结构流程框图是用图框、图形和流程线组成，图框是操作，图形是算法，流程线表示各种逻辑关系，如执行顺序、选择、跳转和循环条件的是否满足。程序结构流程图直观性强，易于理解，易于检查程序设计是否合理。

三、辊轧零件图形的处理方法

图形的处理是辊轧类零件编程重要环节，也是比较复杂、繁琐的环节。辊轧类零件大部分都是非圆过渡曲线，包括有规则的圆锥二次曲线（如抛物线、椭圆、双曲线）、阿基米德螺旋线、对数螺旋线等，以及绘制出来的节点得出来的曲线等。在编制非圆过渡曲线曲面的加工程序时，通过数学计算，用直線逼近和圆弧逼近方法，加入变量、数学模型、逻辑判断语句来编制加工的子程序。

（一）直线逼近法

直线逼近法由各个线段组成，把每个线段端点选在曲线轮廓上，那么每个节点计算容易一些，有利于程序编制。但是要设计合理的线段长度，不要超过误差范围。

选择线段长度和误差有直接关系。一条曲线是由不同的曲率组成，同样的线段长度对应的不同曲率上的圆弧形状是不一样的，那么带来的误差就不一样；如果选择相同的误差，那么不同曲率上的圆弧所对应的线段长度是不一样。所以要根据实际情况合理选择线段长度和误差大小。

1.等间距直线逼近法

沿坐标轴方向，把曲线按照将要加工的长度进行等分，计算出来等分后的各个节点坐标值。这样做的目的是容易控制非圆曲线或立体型面的节点。直线逼近法是由许多直线段的折线构成的，会造成工件曲线曲面有棱点或棱线出现，这与工件设计的轮廓会有误差，因此按照要求控制误差范围还是很有必要的。

2.等直线段逼近法

走刀路线是直线段，用多个直线段相对应的代替每段圆弧，并且每个直线段长度是相等的。

3.等误差直线逼近法

如果首要任务是控制误差，那么把每段圆弧误差设定相同，走刀路线还是直线段，但是每个直线段长度是不一样的。

（二）圆弧逼近法

圆弧逼近法由曲率圆法、三点圆法和相切圆法组成。三点圆法是在曲线上找到三个节点，并用这三个节点编制加工圆弧的程序。相切圆法是在曲线上找到四个节点，用这四个节点编制两个圆弧的程序，并且这两个圆弧是相切的。三个节点或者四个节点的坐标值是用直线逼近法求出的。曲率圆法是按照等误差的原则，做圆弧逼近的，通过做出一个误差圆，然后在误差范围内求出误差圆与曲线交点，做出一个逼近圆。

四、结语

辊轧类零件过渡面一般是非圆曲线曲面，使用数控机床加工时，按照常规编程方法难以实现。宏程序编程是数控编程的高级手段，能够实现非圆曲线曲面加工。探讨宏程序编制中变量设置、数学模型建立、逻辑判断语句的设立等问题对于提高数控加工质量和效率具有重要意义。

参考文献：

[1] 陈海舟.数控铣削加工宏程序及应用实例[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2] 刘战术.数控机床及其维护[M].北京：人民邮电出版社，2010.

作者简介：

吴新佳（1965-），男，黑龙江齐齐哈尔人，郑州铁路职业技术学院机电工程系副教授，主要从事机械制造及数控加工技术的研究。