基于宏程序的非圆曲线最短加工路线设计

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The Shortest Processing Route Design for Non-circular Curve Based on M acro ProgramFENG Dapeng，HUANG Yaowei(Foshan University，Foshan Guangdong 528000，China)Abstract：The processing method to realize the shortest route for non-circular curve was investigated by example.The rectangleloop was devised to achieve processing cycle for non-circular curve，which made the cuting line shorten and NC eficient improve。

Keywords：Macro program；Non-circular curve；The shortest processing route在非圆曲线轮廓的轴类的数控加工编程中，宏程序具有独特的优势。手工常规编程无法编制出非圆曲线加工程序，而应用宏程序，可通过变量赋值、运算等变化，形成插补的更新，用细段直线逼近轮廓线，并 自动完成下-接点的计算及插补运动 ，从而完成非圆曲线加工。粗加工时，宏程序所形成的切削路线为轮廓等距线，按同-轨迹重复切削，每次切削刀具向前移动-次 ，直至加工完成。这种循环进给路线是由于宏程序的特点而形成的，它与常用的复合车削循环指令G70、G71的刀具路线相差较大 ，而与仿形复合粗车循环指令 G73所形成的刀具路线相仿。从刀具路线优化角度来看，这种走刀方式的加工效率有待提高。

1 沿坐标轴平行切削是实现最短进给路线的有效方法使加工程序具有最短的走刀路线是优化加工程序的主要 目标之-。走刀路线是指切削加工过程中刀具相对于被加工零件的运动轨迹 ，它包括参与切削和不参与切削两大部分，其中不参与切削部分指空程走刀路线。对于如何减少走刀空程 ，特别是减少进给走刀空程的研究，已经有较多的论述。但对于参与切削部分的刀具路线，如何实现优化设计，其研究还有待深入，其目的在于使切削进给路线最短，减少切削加工时间。

在切削过程中，切削进给路线长短与切削方式有关。对工件某切削区域的粗加工 ，-般有两种切削进给路线选择：(1)平行轮廓的等距路线 ；(2)平行坐标轴的 矩形”走刀路线。这两种切削路线的长短是不同的，下面可通过实例对比进行分析。

图 1所示斜线 n 为粗加工完成后的轮廓线 ，而 a为 o 的等距线。加工 a以下区域有两个方案： (1)平行 a进行切削，其刀路如图1虚线所示 ，分 n次走刀完成 ，背吃刀量为 b/n；(2)走平行坐标轴的矩形循环进给路线，其刀路如图 1实线所示。粗加工最后- 刀轨迹相同。

图 1 两种切削进给路线由图 1可得：收稿日期：2011-04-03作者简介：冯大鹏 (1957-)，男，高级工程师，主要研究方向为数控加工。E-mail：fsfdp###126.com。

第 10期 冯大鹏 等 ：基于宏程序的非圆曲线最短加工路线设计 ·51·-a- 兰b 6n ：二( 二： 竺 ： ：6a 1 n( - 1)，a2。(t- 2)，，anl nf 1- 1则方案-的切削路线长度总和：1 口 s-1 0 。(n-1)同理可得出方案二切削路线长度总和：乏 c ，(n-1)因为 a>C，即 > ，故方案二的平行坐标轴的切削路线较短。

以上仅以斜线作为加工对象进行对比，对于由多段斜线和直线组成的轮廓线 ，当其直径呈递增变化时，上述两种加工方案的对比结果同样适用。对于各种非圆曲线及圆弧，其刀具路线长度的计算复杂，难以直接进行比较，不过，如果曲线的斜率没有出现急剧的变化，可设想由多个台阶内接这些曲线 ，如图2所示。

图2 曲线斜率变化不大时刀路设计加工这些台阶可采用方案二的平行坐标轴切削方法，其效率显然比平行轮廓的切削方法要高，而且对粗加工的精度影响不大，因为之后还要沿曲线的等距线完成粗加工的最后-刀。

以上分析说明：沿坐标轴平行切削是实现最短进给路线的有效方法。为了实现平行切削，数控系统都提供-些复合循环指令如G71、G72等，但这些指令- 般只能加工由直线、圆弧组成的轮廓曲线 ，对于非圆曲线零件的粗加工无能为力。因此，在应用宏程序加工非圆曲线时，如果设计出-种类似于复合循环指令的沿坐标轴平行切削方法，将使切削进给路线最短，加工效率高。

2 非圆曲线零件的矩形循环路线的设计方法设计分为两部分：第-部分是沿z轴平行切削循环，第二部分加工非圆曲线的最后形状。

图3 设计流程图3 实例及结果对比例 l 对图4所示的A- 段曲线进行粗加工，毛坯直径为94 mm，留精加工余量1.0 mm。 向零点在小端 O”处。应用 FAUNC宏功能编程。

2 2A-B段曲线方程为：号- 144.25- - B./94.25 图4 示例零件零件分别采用如下方案加工： (1)沿坐标轴平行切削方法； (2)平行轮廓切削方法。两种切削方法的刀具路线分别用虚线和细实线表示，见图5。

A - 为粗加工结束前最后-刀，两个方案的最后-刀路线相同，A：- ：为粗加工结束前倒数第二刀。

A。-B。段曲线方程为： - l· 52· 机床与液压 第 4l卷A -B：段曲线方程为： 主 -互152ll， 口、、 图5 两种切削方法的刀路(1)沿坐标轴平行切削方法。

00001$400M3TO101G0X94Z-11.25#348//X变量赋初值N2 G0U2//退刀GOX94Z.1 1.25#3#3-2.0//X变量递减IF[#3 LE 18.0]GOTO 5//N断x变量#1-11.25//Z变量赋初值#2SQRT[225 [[#3-3] [#3-3]/144-1]]//计算 z截止值N4#1群1-0.5//Z值递减G01X [2$ ]Z#1FIO0//直线插补IF[[#1]IJT ]GOTO 2//N断z值是否到截止值G0TO 4N5 GOX94Z-11.25//准备加工A1-Bl段#1-11.25//Z赋初值N6#3：SQRT[144：l[1#l$#1/225]] 1//计算XGO1X [2$#3]Z#1FS0//插补运动#1#l-0.2//Z递减IF [拌1 GT-55.5]GOTO 6//1]断 z值是否到终点GoX94Z-11.25M30(2)平行轮廓切削方法。

设：#1为z变量，#2为 x变量，#3为切削余量变量 ，拍 为中间变量。

00002S400M3I 10GOX94Z-l1.25#332//切削余量变量赋值N2 G0X94Z-l1.25#3#3-2.0//切削余量递减IF [#3 LE 0]GOTO 5//tl断切削余量#1-l1.25//Z变量赋值N4#2SQRT[144$ [1#1 #1/225]]1//计算XG01X [2 [#2#3]]Z#1F120//直线插补#1#1-0.5//Z值递减柏 2：I[2#3]IF 拍 LT 94]GOTO 4//刀是否超出毛坯GOT0 2N5 GOX94Z-11.25M30两种方案的刀具路线长度总和 (A -B：以下部位)见表 1。

表 1 两种方案的刀具路线长度总和方案 刀具路线长度总和/mm沿坐标轴平行切削 318.7平行轮廓切削 438.2从表 1可知：采用方案-切削路线明显缩短，这对于提高加工效率有较大帮助。

4 结束语通过设计-种近似于矩形的循环进给路线，实现粗加工垂直进刀-水平切削-退刀-再进刀的加工循环，使加工路线较短，效率提高。这种加工方法对于单调变化的非圆曲线，如双曲线 、对数曲线等的加工非常有效，而对于非单调变化的非圆曲线加工，单-的矩形循环进给路线并不适用 ，此时需要采用平行轮廓的等距路线，其优点是节省了换刀时间，-次加工完成。但由于零件外圆含有凹弧，为避免刀具副切削刃与工件发生干涉现象，刀具副偏角-般较大，而副偏角加大不利于刀具强度的提高和加工散热，影响刀具寿命，同时限制了切削用量，不利于加工效率的提高。从优化加工路线角度综合衡量，需寻找更加合理的加工方案的配对组合。