数控加工机床“圆柱插补”功能的替代方案

胡吉友

摘 要：“圆柱插补”这种功能，通常针对于解决圆柱凸轮加工，同时，它所对应的加工设备则是具有旋转轴的加工中心或数控铣床。我们知道，数控机床是按照数控程序所确定的轨迹（刀轨）进行运动，从而加工出产品的表面形状，刀轨则是由无数微小的点连接而成，点与点之间只能以直线或圆弧两种运动形式完成插补运动。

关键词：圆柱插补；廓线转换；后处理；替换；NURBS曲线

近年来，我国的数控技术突飞猛进，许多关键技术都已经实现突破，但是，整个机床行业，特别是高端数控产品的进口率仍居高不下，其中很多出口国属于标准配置的功能，在我国竟然作为一种功能选项，其中就包括所谓的“圆柱插补”。“圆柱插补”这种功能，通常针对于解决圆柱凸轮加工，同时，它所对应的加工设备则是具有旋转轴的加工中心或数控铣床。我们知道，数控机床是按照数控程序所确定的轨迹（刀轨）进行运动，从而加工出产品的表面形状，刀轨则是由无数微小的点连接而成，点与点之间只能以直线或圆弧两种运动形式完成插补运动。基于圆弧插补的本质上也是点与点之间距离趋于0的连接，笔者认为，圆弧插补实际也应当属于直线插补的一种表现形式。本文所讲述的最终替代方案，正是建立在这种基础上的。

1 常规的旋转轴替换法

通常，只要提供圆柱凸轮的CAD的展开图，经适当处理后仅保留刀轨廓线（如图1），然后把此廓线导入CAM软件适当位置，点击刀具路径-外形铣削，按提示选择线串，确定后弹出外形铣削（2D）对话框，设置适当的刀具参数，并激活旋转轴候选框，轴之取代选择Y轴，确认旋转方向与机床回转轴运动方向相同，同时输入圆柱凸轮的实际直径35，确定。再点选外形铣削参数，关闭刀具半径补偿，设置适当的刀具起始点、加工深度，确定退出。接着，再点击操作管理，经路径模拟与实体验证正确后，后处理输出NC加工程序。

现在，我们抽取程序行号N236～N284，对比图1，得知此部分程序刀轨移动了两个圆弧和一条线段，仅用了26个刀点位，平均每段圆弧约为13个刀位点，用作图法求出刀轨步长，可得知理想路径与实际路径间存在差距。

如上所述，CAM的常规操作方法可以实现一般精度的加工要求，操作简单快捷，可以部分替代数控机床的“圆柱插补”功能，但精度较高的加工场合无法取代。

2 NURBS曲线再处理法

鉴于CAM软件在处理圆弧曲线时不能手动调节精度，其内置的方案是不可控的，笔者通过实验证明，NURBS曲线的控制点就是CAM刀位点，这就为我们处理廓线时提供了一个可靠的依据，只要把图1中的圆弧等分足够多的点，再用NURBS曲线连接，那么，实际路径与理想路径的误差将可以无限小！

2.1 点的生成

执行等分点命令，输入等分数30（根据所需精度任意确定），再分别选择图1中廓线的圆弧，然后删除圆弧线，存盘。

2.2 NVRBS曲线的生成

从UG NX软件导入包含点的曲线，执行样条曲线命令，点选通过点集的曲线，再按提示选择起始点和终止点，生成NURBS曲线。分别执行，共生成5条NUBRS曲线。接着删除所有的点，再把曲线导出为IGES类型文件。

2.3 导入处理后的曲线

启动CAM软件，执行档案转换功能，导入刚才处理好的IGES文件。

2.4 程序的生成

点击刀具路径-外形铣削，按提示选择线串，确定后弹出外形铣削（2D）对话框，设置适当的刀具参数，并激活旋转轴候选框，轴之取代选择Y轴，同时输入圆柱凸轮的实际直径35，确定。再点选外形铣削参数，关闭刀具半径补偿，设置适当的刀具起始点、加工深度，确定退出。接着，再点击操作管理，经路径模拟与实体验证正确后，后处理输出NC加工程序。

我们不用深究该程序的精度，仅从生成的程序行号便知，步长已经变小，实际路径与理想路径已经更为接近——当然，等分的点越多，精度也就越高！

3 結束语

本文以某包含圆柱凸轮槽的零件为例，利用CAM软件的坐标轴替换功能输出了等同“圆柱插补”的NC加工程序，并用NURBS曲线替代圆弧解决了精度不可控的问题，经车间实际加工验证，该程序满足使用要求，可以完美替代“圆柱插补”。