基于FANUC 32I球面铣削的编程技巧.pdf

模 具技术 网 褰 嚣 嘉 h t t p ww w s z mo lo l s E o m 模具制造立体传媒电子商务平台 基于 F AN U C 3 2 1 球面铣削的编程技巧 侯祖 刚 德州联合石油机械有限公司 山东德州 I 2 5 3 0 3 4 摘要 F A N U C 3 2 I 数控系统中 新增圆锥插补功能 刀路均匀流畅 编程格式与宏程序变 量完美结合 应用于球窝曲面的铣削加工 取得了很好的效果 关键词 F A NU C 3 2 I 圆锥插补 球面铣 削 中图分类号 T P 3 9 1 7 T G 6 5 9 文献标识码 B Th e P r o g r a mmin g S k i l l s o f S p h e r ica l S u r f a ce M il l in g Ba s e d o n F ANUC 3 2 I A b s t r a ct I n t h e F A N U C 3 2 I N C s y s t e m t h e H e w C O n i c i n t e r p o l a t i o n f u n ct i o n th e k n i f e r o a d u n if o r m s mo o t h co mb in e d wit h t h e co u r s e f o r ma t a n d ma cr o v a r ia b l e s p e r f e ct mil l in g a p p l ica t io n o n s p h e r ica l s u r f a e e a n d a ch ie v e d v e r y g o o d r e s u l t s Ke y wo r d s F ANUC 3 2 I co n ic i n t e r p o l a t io n s p h e r ica l s u r f a ce mil l in g l 引言 在 F A N U C 3 2 I 数控系统中 G 0 2 G 0 3 指令被赋予 更多的功能 除了常规的圆弧插补和螺旋线插补外 通过指定旋转次数或者每转的半径增量值 即可进行 平面螺线插补 在此螺线插补的基础上再增加一个垂 直于圆弧平面的直线轴运动 即可进行圆锥插补 2 圆锥插补的编程格式 G 1 7 G0 2 G0 3 X Y Z I J K Q L F x Y z 一是指锥螺纹终点的坐标值 I J 一从螺旋起点到中心的矢量值 与圆弧插补 相 同 K 一螺旋线旋转一周的高度增减值 行距 Q 一螺旋线旋转一周的半径增减值 L 重复次数 不带小数点的正值 F 一 进 给速度 当I J K与 Q L 发生定义冲突时 可视情况省略其 中的两项 圆锥插补的刀具路径 见图1 几乎适用于所用旋 转曲面的精加工 整条路径由一条首尾相连 规律变化 的锥螺旋线组成 路径中没有进给速度和进给方向的 突然转 变 从 下 刀到抬刀一 气呵成 刀路行距均匀 简洁 流畅 具有不可比拟的优势 学以致用后可以解决很多编 程中遇到的难题 使一些相 对复杂的曲线路径在手工编 程 中成为现实 锥孑 L 和锥螺 纹是圆锥插补的基本功能 在此不做赘述 以球窝曲面 为例 介绍圆锥插补功能在 图1 圆锥插补刀具路径 模具加工中的扩展与运用 希望对大家有所帮助 3 球窝曲面的刀具路径 球窝 又称凹形半球面 广泛应用于各种模具的 表面 工厂中多采用数控铣削的方法 粗加工时选用 尺寸相近的球头钻快速去除大部分余量 精加工时选 用小直径的球头铣刀 通过编程路径去铣削较大直径 的球窝 选择什么样的切削方式和刀具路径 才能达 到光滑过渡 没有瑕疵的球面效果 取决于编程员的 创新思路和实践经验 球窝铣削一直是数控编程的 难点 即使一些主流的编程软件也没有什么好的办 7 8 模具制造 2 0 1 4 年第1 期 CEPC 一 中国 昆山一 网址 www s t l j t co rn 法 以M a s t e r C A M软件为例 适用于球面铣削的有等 高 流线和环绕等距 3 种刀具路径 切削方式各有所 长 选择那一种较为合理呢 针对本例中的球窝 见 网2 先来做一个模拟加工实验 以相同的球头铣刀 和切削用量分别做出3 种刀路的切削轨迹 詈 图2 球窝曲面 比较以上3 种路径 可以得出这样的结论 等高刀具路径的加工效果最差 只能用于粗铣 刀具沿z 轴下降相同的深度 切削轨迹中平坦的表面 要 比陡削表面的路径间距大得多 无法保证球窝底部 的表面质量 如图 3 所示 环绕等距加工生成一组环绕工件曲面的刀具路 径 看上去每一步都很均匀 应该是不错的选择 但环 绕等距刀路不可以在截面线方向连贯加工 两层刀路 之间不管采用何种形式的进刀和下刀 在切削力和机 床惯性的影响下 都会留下明显的刀痕 使工件表面 达不到质量要求 如图4 所示 流线刀路沿着球窝轮廓的圆周方向生成螺旋线 切削轨迹 可以精确控制加工曲面的残脊高度和整 体误差 因而可以得到圆滑过渡的加工表面 非常适 用于球窝曲面的精铣加工 如图5 所示 综合分析 球窝精加工的最佳路径是流线刀路的螺 旋线切削方式 这是真正意义上的3 D等步距加工 可 惜的是 软件采用等分三维线段拟合螺旋线的传统方 法 理论上勉强可以接受 但实际加工中存在一定的 误差 加工效果较差 在线段的连接处 刀具出现短暂 的停滞 反映在球窝表面上 是一圈断断续续的接刀痕 迹 低配置的数控机床尤为明显 数控高手各显其能 灵活运用宏程序推出了很多球窝曲面的编程方法 不 足之处是编程难度太大且需要更改相关的参数 受系 统版本和机床厂家的限制 存在很大的风险和差异 认真研究F A N U C 3 2 I 系统的圆锥插补功能 与流线刀 路的螺旋线切削方式有着惊人的相似之处 扩展思路 能否灵活应用于球窝曲面的精加工 答案是肯定的 固定的圆锥插补刀路中 见图1 锥螺纹行距保 持不变 半径也 自始至终按固定值增减变化 球窝不 同于锥孔 依靠固定的编程格式很难做到 编程的关 键是解决相邻两圈锥螺旋线半径和深度不断变化的 问题 可以将宏程序变量融入圆锥插补 彻底解决这 一 难题 根据球窝曲面的加工特征 以X O Z 平面的切 削点起始角度为单位 将流线刀路等分为9 0 圈首尾相 连的锥螺旋线 以变量控制圆锥插补中的行距和半径 变化值 既可以达到曲面编程的目的 流线刀路的螺 旋线切削轨迹几个程序段就可以搞定 数控机床像执 行普通螺旋线指令一样 轻松 自如的完成球窝铣削 既省去了自 动编程的长篇大作 又避免了宏程序的复 杂运算 有效扩展了手工编程的范围 4 加 工程序 以S R 1 5 球窝曲面为例 设定球窝中心为 G 5 4 工 件坐标系零点 选用 b l 2 m m球头铣刀 以球心为刀位 点直接沿刀具运动轨迹编程 参照编程示意图预置相 关的变量 见图6 定义刀具切削点的起始角度 1 图3 等高D I i T 路径 图4 环绕等距加工路径 图5 流线加工路径 模具制造 2 0 1 4 年第 1 期 7 9 模 具 技 术 网 嘉 h l t p www s z m o l 1 s o m 模具制造立体传媒电 子商 务平台 为初始自变量 由上 自 下加工 程序如下 1 0 切削点起始角度值 2 1 角度步进值 3 1 5 球窝半径 7 6 球头铣刀半径 TO1 M06 M0 3 SI O 0 0 G1 7 G 5 4 G 9 0 G O X 0 Y 0 快速定位至球窝中心 G O G 4 3 Z O H 0 1 下刀至起始高度 G 0 1 x 3 一 7 5 1 Y一 5 F 3 0 0 半径方向移动 G 0 3 X 3 一 7 Y 0 R 5 F 3 0 0 圆弧切入进刀 N1 0 2 4 3 一 7 x C O S 1 螺旋线起点x坐标值计算 1 4 3 一 7 c0 s 1 2 螺旋线终点x坐标值计算 2 6 3 一 7 x S I N 1 2 螺旋线终点z 坐标值计算 G0 3 X 1 4 Y0 Z一 2 6 I 2 4 J 0 L1 F 3 0 0 圆锥插补铣削一圈 1 1 1 角度变量递增 I F 1 L T 9 0 G O T O 1 0 终止条件 比较 G 9 1 G 2 8 Z 0 返回参考点 M5 M3 0 程序结束 罔6 球窝编程示意图 通过 刀具运行 轨迹 见 图 7 可 以看 出 球头铣刀 以球窝最大半径方向为起始点 沿锥螺旋线切削至球 窝底部 加工路线连贯在一起 没有刀具停顿和切 人 切出留下的痕迹 相对于其他曲面加工方式 具有 路径清晰 行距均匀 下刀切人点容易控制等优点 优 势不言而 喻 从加工角度考虑 整个切削刀路 只有一 条螺旋线 一个切 削方 向 球头铣 刀的切 削刃始终与 球窝加工曲面保持切点接触 吃刀深度一致 进给速 度均匀 就像削苹果一样 达到很好的加工效果 编 程的巧妙之处在于圆锥插补与宏程序变量的完美结 合 在圆锥插补的编程格式中设置变量 对变量赋值 并设定相互之间的数学方程式与逻辑关系 一圈锥螺 旋线恰好是一个加工循环 系统有足够的时间进行后 置处理和数值运算 程序执行过程更加流畅 经批量 加工和追踪检验 球窝铣削后的轮廓精度和表面粗糙 度均符合技术要求 加工效率也在原来的基础上提高 了一倍 创造出很高的经济效益 程序推广使用后 深受操作者的喜爱 图7 球窝精加T刀具运行轨迹 5 注意事项 圆锥插补过程中 基于系统设置 的加减速功 能有 效 越靠近螺旋中心 进给速度越慢 当螺旋线旋转一 周的半径增减值较大时 编程时尽量不使用刀具半径 补偿 而是直接对刀位点运动轨迹编程 这样可以避 免不必要的错误和报警 当程序指定的螺旋线终点 位置与系统根据 I J K Q L 自动计算出的实际位置存 在偏差 并超过参数 N O 3 4 7 1 设定的范围时 会出现 P S 5 1 2 3 报警 程序停止运行 解决方法 1 对圆锥插补中的各项数值进行圆整处理 有关 联的设置尽量保持整倍函数关系 如果指定的圆心矢 量 I J K 与半径增量值 Q 及重复次数 L 存在不可调 和的矛盾时 可以省略其中的两个 由系统白行计算 2 在系统参数 N O 3 4 7 1 中设定较大的允许偏 差值 即使程序中存在一定的计算误差 也不影响正 常运行 6 结束语 本文以球窝曲面为例 详细介绍了圆锥插补功能 的扩展与应用 F A N U C 数控系统博大精深 每一次版 本升级都会增加新的亮点