Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．０３，２０１６ 基于华中数控系统的宏程序倒角铣削加工应用 冯邦军，付晓军 （仙桃职业学院，湖北仙桃４３３０００） 摘要：倒角是机械加工中常见的工艺。以华中数控系统为例，介绍了利用球头刀编制宏程序加工倒角的方法，具有较强 的实用性。 关键词：倒角；华中数控系统；铣削；宏程序 中图分类号：ＴＰ ６５９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１６）０３—０１７４—０２ 机械加工中，倒角是常见的工艺。许多大量生产 ２编程方法 工艺中，倒角都使用成形刀具，程序设计简单、效率 高。但是在职业院校的教学中，为进一步提高学生对 零件轮廓倒角的宏程序编程有两种方法：刀具 宏程序认识，我们常采用立铣刀、球头刀进行粗精加 刀位点轨迹编程和刀具半径补偿编程。通过比较发 工，其编程难度大。为此，本文总计了在数控机床上 现：以刀具刀位点轨迹编程制宏程序时，由于刀位点 采用球头刀进行倒角加工和编程的方法。 轨迹较复杂，编程和理解困难，适用于几何形状比较 简单工件的编程；以刀具半径补偿制能编制宏程序 １数学分析 时仅根据工件轮廓编程，无需考虑刀具中心位置，由 数据系统根据动态变化的道刀具半径补偿值自动计 零件轮廓倒角有凸圆角、凹圆角和斜角三种。零 算刀具中心坐标，编程比较简单，效率高［１］。因此，我 件轮廓倒角可采用球头刀或立铣刀铣削加工，如表１ 们常采用刀具半径补偿法编程。 所示为球头刀倒工件轮廓凸圆角、凹圆角和斜角的 倒凸圆角是宏程序编程加工的难点。倒圆角加 几何参数模型。 工属于曲面加工，其中三坐标轴数控机床铣削加工 表１倒角几何参数模型 应用最为普遍。曲面加工的走刀路线有参数法、截面 刀具及加 几何参数模型 计算公式 工类型 法、放射性法、环形等多种走刀路线方式。下面介绍 口一 一ｊ Ｚ：ｆＲ＋孚）ｓｉｎ０Ｒ 用截面法加工圆角曲面的原理。 Ｉｌ ，：ｆＲ＋ １ｃ０ｓ０Ｒ 截面法是指采用一组等距离的平面去截取加工 倒凸圆角 球头刀 式中：ｚ为动态变化的Ｚ坐标值 Ｒ为动态变化的刀半补植； 曲面，形成一系列交线，刀具与加工表面的切触点沿 ｌ０为圆角圆弧的圆心角： Ｉ／ Ｄ为球刀直径； 着这些交线运动，完成曲面的加工，如图１所示。只 ＥＬ卜Ｒ为圆角半径。 ～、 要保持相邻截面间的距离足够小，即每次的下刀深 Ｚ：～ — Ｄ １ｓｉｎ０Ｒ 度足够小，就可以加工出满足加工精度要求的圆角 一 一 ０Ｒ 倒凹圆角 球头刀 ．． 曲面。由图１可见，这一系列的截交线就是圆角所在 式中：Ｚ为动态变化的Ｚ坐标值； ｒ为动态变化的刀半补值； ０为圆角圆弧的圆心角： 外轮廓的等距线，为了简化编程，可采用半径补偿功 Ｄ为球刀直径； Ｒ为圆角半径。 能进行编制四。 Ｚ＝——— —一一 、伍 Ⅳ ： ：： 一旦Ｉ ＝ ２ 球头刀 、 干 ｒ 月 倒斜角 式中：Ｚ为动态变化的Ｚ坐标值； ｒ；６动态变化的刀半补值； ｆ √ ＢＤ为球刀直径；为斜倒角宽度；为斜倒角高度； Ⅳ为加］．深度。 图１ 加工圆角曲面的刀具轨迹 收稿日期：２０１５—１２—１５ 作者简介：冯邦军（１９７６一），男，湖北仙桃人，工程硕士，讲师，研究方向机电一体化技术；付晓军（１９８１一），男，湖北仙桃人，硕士研 究生，讲师，研究方向嵌入式系统及自动控制。 １７４ 《装备制造技术）２０１６年第０３期 为保证加工精度，在加工倒圆角时通过调整角 度增量并由下至上加工的方法来实现。采用球头刀 铣削加工零件轮廓凸圆角的变量模型如表１所示， 刀具的“半径”和ｚ轴坐标值是动态变化的，在华中 头刀倒圆角，即球头刀刀具直径Ｄ：８ ｍｍ，设Ｇ５４ 工件坐标系原点在工件上表面右侧对称中心，编制 倒圆角宏程序如下。 ％３２８０ 数控ＨＮＣ一２１Ｍ系统中，可编程的动态变化的刀具 Ｇ５４ Ｇ１７ Ｇ９０ （选择Ｇ５４工件坐标 “半径”用变量＃１０１时，刀具半径补偿号必须用 系、ＸＹ平面和绝对坐标值编程） Ｄ１０１．设工件轮廓凸圆角半径尺，球头刀刀具直径为 Ｍ０３ Ｘ１００ ＹＩＯ０ Ｚ５０ （快进到起到点） Ｄ，以圆角圆弧的圆心角０为自变量，在当前角度０ ＃３＝８ （球头刀直径Ｄ赋值） 时球头刀的刀位点（球心）距离上表面ｚ，距离加工工 ＃１７＝４ （凸圆角半径Ｒ赋值） 件轮廓ｒ，利用工件轮廓补偿刀具半径补偿值ｒ编程 ＃２０＝０ （角度０计数器置零） 沿工件轮廓加工，然后角度 递变，再利用变化后的 ｚ值和工件轮廓补偿以变化后的刀具半径补偿值“ｒ” 编程沿工件轮廓加工，直到加工完成整个圆角。 球头刀刀具半径补偿法铣削加工零件轮廓凸圆 角宏程序编程模版如表２所示。 表２球头刀刀具半径补偿法铣削加工 零件轮廓凸圆角宏程序编程模版嘲 程序内容 注释 程序开头部分（要求工件坐标系ｚ轴原点 设在加工圆角的＿Ｔ件轮廓上表面） ＃３＝ 球头刀直径Ｄ赋值 ＃１７＝ 凸圆角半径 赋值 ＃２０－－０ 角度０计数器置零 ＃２ｌ＿＃３／２＋撑１７ 计算球刀中心与倒圆中心连线距离 ＷＨｌＬＥ捧２ＯＬＥ９０ 循环条件判断 ＃２２－－＃２１＊ＳＩＮ博２０＊ＰＩ／１８０１－－＃１７ 计算球头刀的ｚ轴动态值 ＃１００＝＃２１＊ＣＯＳ【＃２０＊ＰＩ／１８０］－＃１７ 计算动态变换的刀具半径ｒ补偿值 Ｇ００ Ｚ ２２１ 刀具下降至初始加工平面 Ｇ４１／Ｇ４２ Ｄ１Ｏｌ 建立刀具半径补偿（注意左右刀补的选择） ＸＹ平面类的工件轮廓加工程序（从轮廓外 安全位置切人切削点，然后沿工件轮廓加 工至切削终点） Ｇ４０Ｇ００ 取消刀具半径补偿 ＃２０＝＃２０＋０ ５ 角度０计数器递增 ＥＮＤＷ 循环结束 程序结束部分 ３应用举例 如图２所示零件轮廓已经加工完毕， 编制其倒 Ｒ４圆角的铣削加工宏程序。 ２×Ｒ１２ ＼ 图２工件轮廓倒凸圆角 如图所示，圆角半径尺４ ｍｍ，选择４，８ ｍｍ的球 ＃２１＝３／２＋＃ｔ７ （计算球刀中心与倒圆中 心连线距离） ＷＨＩＬＥ ＃２０ＬＥ９０ （循环条件判断） ＃２２＝＃２ｌ＝ｌ＝ｓＩＮ【＃２０ ＰＩ／１８０卜＃１７ （计算球刀的 ｚ轴动态值） ＃１００＝＃２１＂ＣＯＳ［＃２０＊ＰＩ／１８０］一＃１７ （计算动态变 化的刀具半径ｒ补偿值） ＧＯ０ Ｚ［＃２２１ （刀具下降至初始加工平面） Ｇ４１ ＸＩＯ Ｙ一２２．５ ＤＩＯ０（建立刀具半径补偿） Ｇ０１ Ｘ一１８ （工件轮廓加工程序） Ｇ０２ Ｘ一３０ Ｙ一１０．５ Ｒ１２（工件轮廓加工程序） Ｇ０１ Ｙ１０．５ （工件轮廓加工程序） Ｇ０２ Ｘ一１０ Ｙ２２．５ Ｒ１２ （工件轮廓加工程序） ＧＯＩＸＯ （工件轮廓加工程序） Ｇ４０ Ｇ００ Ｘ５０ （取消刀具半径补偿） ＃２０＝＃２０＋０．５ （角度计数器加增量） ＥＮＤＷ （循环结束） Ｇ００ Ｚ５０ （抬刀） Ｘ１００ Ｙ１００ （返回起刀点） Ｍ３０ （程序结束） ４结束语 倒角的类型比较多，加工方式与编程方法也较 多。编制宏程序加工的关键在于如何建立数学模型， 根据数学模型编制程序。初学者，可以多采用半径补 偿法。当然，倒角还可以利用立铣刀，由于受到精度 的影响，球头刀倒角加工应用更广泛。 参考文献： ［１］杜军．华中数控宏程序编程技巧与实例精解［Ｍ］．北京： 化学工业出版社，２０１２：３５—５８． Ｉ２】杜军．ＦＡＵＮＣ宏程序编程技巧与实例精解【Ｍ］．北京：化学 工业出版社，２０１１：１—２５６． 【３】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，２００８：２０—６２． （下转第１８４页） １７５ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．０３，２０１６ 的方式去油、除锈，从而导致氢渗入零件（根据氢 量检测，螺母氢含量高达６－７ｐｐｍ），同时断裂件硬 洗含度同 较高，氢脆敏感性大。于是，零件在氢及内应力共 ３结束语 通过断口分析、金相分析等工作，找到了螺母断 作用下首先在应力集中的内六角底部产生氢致裂 解决了客户反馈的断裂问题，实际效果是 纹，并在后续的氧化发黑过程中裂纹表面被腐蚀氧 裂的根源，化。氢致裂纹的产生不仅引起严重的应力集中，而且 完善工艺避免了此类质量问题再次出现。 使零件承力面积减小，导致零件在装配应力作用下 发生断裂，而装配时断裂的断面即为新鲜断面，其表 参考文献： 面为韧窝形貌且无氧化腐蚀。 ［１１俞Ｊ雁，宋贞桢，李瑞峰，等．发动机缸盖螺栓断裂失效分析 ［Ｊ】．汽车技术，２０１０，３０（９）：５４． （５）解决措施 【２】朱重庆，张先呜，内六角螺钉断裂失效分析【Ｊ】．金属制品， 送检零件断裂原因是存在原始裂纹， 原始裂纹 ２０１３，３９（４）：６０． 为氢致裂纹，氢来源于氧化发黑前的酸洗。 建议采取 ［３］于俊才，姜玉春，张怀鹏．支撑螺栓断裂原因分析【Ｊ］，机械工 以下措施： 程师，２０１２，４３（５）：１４２． 采用碱性电解去油、除锈，若不能避免酸洗，则 ［４］陈伟峰，徐云峰，任鹏波，等．汽车轮毂螺栓断裂分析［Ｊ］． 应滚压外螺纹后采取去应力处理，并在表面处理后 物理测试，２０１１，３３（５）：４２． 【５】杨永生，仝建萍，刘岩，等．螺栓断裂原因分析［Ｊ］，热处理， 四小时内进行驱氢处理。 ２０１２，２７（４）：６０． 该批零件氢含量、硬度较高，存在较高的氢脆风 【６］ＧＢ／Ｔ３０９８．１—２０１０，紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱【ｓ］． 险，不排除已装配的零件后续发生氢致开裂的可能， ［７】刘 白．３０ＣｒＭｎＳｉＡ高强度钢氢脆断裂机理研究［Ｊ］．机械工 如果在使用过程中发生断裂会对系统运行造成较大 程材料，２００１，２５（９）：１８． 安全隐患，所以建议全部召回并更换新工艺零件。 Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｌｏｃｋ Ｎｕｔ ＬＩ Ｗｅｎ－ｋｕｉ ，ＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ－ｙｕａｎ （１．Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｐｉｎｇｙｕａｎ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｈｅｎａｎ ４５３０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｈｅｎａｎ ４５３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｕｔ ｐａｒｔ ｎｏ．１４５ １４２ＸＤＨ２５ １４ ｗａｓ ｃｒａｃｋｅｄ ｉｎ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｅ ｔｏｒｑｕｅ ｉｓ ８０～９０Ｎ＊ｍ．Ａｆｔｅｒ ｔｅｓｔｅｄ ｃｒａｃｋ ｐａｒｔ ｂｙ Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｃｒａｃｋ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ，ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｅｔｃ．，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ：ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｗｉｔｈ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｃｒａｃｋ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｃｃｕｅｒｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ａｔｏｍ．Ｉｎ ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｏｒｉｇｉｎａｌ ｃｒａｃｋ ｗｉｌｌ ｅｘｐａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｓｕｄｄｅｎｌｙ ｂｒｅａｋ．Ｙｏｕ ｃａｎ ｕｓｅ ａｌｋａｌｉｎｅ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｏｉｌ ａｎｄ ｄｅｒｕｓｔｉｎｇ，ｏｒ ｔａｋｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｏｉｌ ａｎｄ ｓａｎｄｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｒｕｓｔｉｎｇ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｃｋ ｎｕｔ；ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ 、 受一兔 ～套一受一受一受— 一受一受一奠—受一受一受一受—受—变一受—史—受— 一兔 奠—受一 兔～受一受一鱼一炱～受一 —受—受， （上接第１７５贞） Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｒｏ Ｃｈａｍｆｅｒ Ｍｉｌｌｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｈｕａｚｈｏｎｇ ＣＮＣ Ｓｙｓｔｅｍ ＦＥＮＧ Ｂａｎｇ—ｊｕｎ，ＦＵ Ｘｉａｏ－ｊｕｎ （Ｘｉａｎｔａｏ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉａｎｔａｏ Ｈｕｂｅｉ ４３３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈａｍｆｅｒ ｉｓ ｃｏｍｍｏｎ ｉｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ Ｈｕａｚｈｏｎｇ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｕｓｉｎｇ ｂａｌｌ ｅｎｄ ｃｕｔｔｅｒ，ｍｉｌｌｉｎｇ ｃｕｔｔｅｒ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｃｒｏ ｐｒｏｇｒａｍ ｉｎ ＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｈａｍｆｅｒ．Ｉｔ ｈａｓ ａ ｓｔｒｏｎｇ ｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｈａｍｆｅｒ；ｈｕａｚｈｏｎｇ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｍｉｌｌｉｎｇ；ｔｈｅ ｍａｃｒｏ ｐｒｏｇｒａｍ １８４
