圆柱体侧孔相贯线倒角宏程序

■德州联合石油机械有限公司（山东 253034）侯祖刚 白广辽

机械加工中，经常会遇到圆柱体表面沿圆周分布的侧孔，孔口呈相贯线形状，为了便于装配和操作安全，一般要进行倒角或圆角过渡处理。圆柱体侧孔相贯线倒角，至今没有成熟的切削加工方法。工人师傅一般采用手工修磨倒钝的方法，效率低，精度也没有保证。本人通过实践和摸索，归纳总结了相贯线的几何性质和特征规律，以此为基础，编制了倒角宏程序，利用数控铣床曲面加工优势，顺利完成相贯线倒角的铣削加工。技术交流，希望对大家有所帮助。

1.加工方案

国外的一批零件（见图1），圆柱体上分布有两个正交的侧孔。图样要求孔口保留3 mm×45°倒角和R5 mm圆角，用户要求特别苛刻，每一个加工环节，都严格按图样检验。相贯线倒角一度成为制约生产的瓶颈，靠手工打磨抛光的方法明显达不到图样要求。工艺人员第一时间想到的加工方案就是利用数控设备铣削倒角，从理论上讲，圆柱体侧孔相贯线是一圈有规律的空间三维曲线，三轴联动的数控铣床或者加工中心完全可以加工。现实情况是公司现有的数控系统都不具备相贯线插补功能，自动编程需要正版的CAM软件和专用的后处理模块，少则十几万元的费用，企业一次性投资太大。从生产实际出发，充分利用FANUC系统内置的宏程序功能，完成相贯线倒角的描述和定义，是手工编程的关键。

2.编程思路

图1 零件立体图

图2 侧孔相贯线编程示意图

由工件三视图（见图2）可以看出，圆柱体侧孔相贯线为前后左右对称的封闭空间曲线，相贯线的投影在XY平面是一个完整的内孔圆，在YZ平面是一段高低起伏的椭圆弧曲线，两者结合，很难用简捷的数学方程式来表达，即使设计人员绘图时也要采用描点连线的近似画法，相贯线倒角，的确不是一件容易的事。我们可以借助计算机绘图软件。将相贯线转化为不同视角的图形，引导启发编程员的创新思维和破解能力。编程的第一步是寻找突破口，正确定义相贯线的轮廓路径。静下心来，站在数控加工的角度重新审视相贯线的几何特征，逐一分析，各个击破，会发现事情并没有想象中的那么复杂。编程的难点，并不在于相贯线的曲率公式和计算方法，而在于编程者如何对加工路径进行合理的认识和分解。本例中宏程序的编程思路，是以XY平面的侧孔圆角度为单位，将相贯线等分成120段三维线段，以变量控制数控机床的三个坐标轴沿三维线段移动，对变量赋值并设置相互之间的参数方程和逻辑关系，这样就完成了宏程序的主题和框架，仔细观察，会发现相贯线上每一点所对应的坐标位置都有着必然的联系，根据相贯线的投影特征，刀具在XY平面按圆弧插补编程，以侧孔圆起始角度为自变量，每增加3°，移动一个R25 mm圆弧线段，圆弧终点随着起始角度的递增不断变化，最终描述出一条φ50 mm的整圆轨迹。在右侧YZ截面视图中，X轴与圆柱体轴线重合，Z轴与Y轴保持唯一的函数关系，编程中可以根据圆柱体半径和Y轴变量值，运用勾股定理几何公式，计算出相贯线上任意一点的Z向坐标值。XY平面的圆弧进给与Z轴联动，执行标准的螺旋线段插补，120段螺旋线段首尾相连，循序渐进，即可完成相贯线路径的编制。

3.3 mm×45°倒角宏程序

45°倒角有专用的成形铣刀，倒角时利用刀具的45°侧刃，以“线接触”的切削方式铣削倒角，编程员只需定义倒角深度和相贯线的轮廓路径，输出一圈的加工轨迹即可。实际加工时操作者以靠近相贯线的刀尖为对刀基准，视情况调整刀具的补偿值即可控制倒角尺寸的大小。下面程序以圆柱体轴线和侧孔中心为G54加工坐标系零点，选用φ20 mm倒角立铣刀，以轴向刀尖为刀位点，沿相贯线轮廓加工倒角（见图3）。

变量设置：#1=0（侧孔圆起始角度值），#2=3 （角度步进值），#3=3 (倒角尺寸)，#18=25(侧孔半径值)，#19=50 (圆柱体半径值)。

4.R5mm圆角宏程序

与45°倒角相比，倒圆角的难度更大，很难找到专用的刀具。只能借用合适的球头铣刀进行三维铣削，编程思路是将YZ平面的R5mm圆角，按圆心角度等分为45份，按照球刀切削刃与圆角保持“切点接触”的加工方式，自下而上分层铣削，每层以切削点的起始角度为自变量，控制球刀中心编程轨迹，偏离相贯线轮廓一定的距离。随着起始角度的增加，球刀沿不同的相贯线轮廓逐层铣削，用曲线编织曲面的原理拟合圆角，编程时必须将圆角过渡和相贯线轮廓联系在一起综合分析，叠加相关的变量，重新确定变量之间的函数关系和数学方程式。下面程序以圆柱体轴线和侧孔中心为G55加工坐标系零点，选用φ10 mm球头立铣刀，以球心为刀位点，直接按刀具中心轨迹编程，沿相线轮廓铣削R5mm圆角（见图4）。

变量设置：#1=0（XY平面相贯线起始角度值），#2=3（相贯线角度步进值），#3=5 (孔口圆角半径值)，#7=5 (球头铣刀半径值)，#11=0（YZ平面R5mm圆角起始角度值），#12=2 (R5mm圆角分层铣削角度步进值），#18=25 (侧孔半径值）#19=50 (圆柱体半径值)。

图3 倒角编程示意图

图4 圆角编程示意图

5.加工误差分析

本例中宏程序以120份螺旋线段定义圆柱体侧孔相贯线轨迹，刀具在XY平面以R25 mm圆弧拟合ф50 mm整圆，不存在轮廓误差，在YZ平面以正余弦曲线拟合椭圆曲线，误差均布在等分线段内，对倒角尺寸的影响很小，完全可以满足加工要求。圆角曲面加工中，球头铣刀最大的特点就是圆滑过渡，根据曲线拟合曲面的经验，使用和圆角半径相近的球头铣刀，可以最大限度地减小刀痕，铣削过程中选择合适的切削用量和进退刀方式，兼顾加工效率，即可以获得很好的表面粗糙度值。

6.结语

通过程序模拟和加工验证，圆柱体侧孔相贯线倒角取得了很好的加工效果，形状精度和倒角尺寸基本上符合图样要求，得到了用户的认可。与软件编程相比，本例中宏程序的最大优势在于随机应变，打破直线段拟合曲线的传统观念，灵活运用螺旋线段拟合相贯线轮廓，将误差控制在最小的范围内，具有很高的实用价值。当工件尺寸和刀具规格改变时，只需更改相应的变量值，即可达到通用的目的。内孔相贯线倒角方法与之大体相同，需要专用的T形刀具，编程难度更大一些，以后再做详述。

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