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在手工编制机械零件轮廓加工程序时，为了实现高速切削要求的“高转速、小切深、大进给”的目的，作者利用FANUC系统的宏编程技术，开发了针对零件开放轮廓和封闭轮廓的两种轴向分层铣削程序结构，并详细分析了两种结构的技术特点
和应用注意事项。
高速切削通常是指切削速度超过传统切削速度5～10倍的切削加工，我们常用高转速，小切深，大进给来描述其加工特点。由于具有高效率、高质量、低成本以及能够加工淬硬钢，薄壁零件等优点，近年来，高速加工技术在航空航天、汽车制造等机械制造领域得到广泛的使用。
编制高速切削程序的最佳方法是采用CAD/CAM软件。但是，由于本公司烟机零件属于典型机械零件，形状多样，加工内容多以轮廓铣削、钻、镗、铰孔和攻丝为主，软件编程有一定局限性，大部分还需要手工编程。尤其是加工零件轮廓时，为了实现高速切削，迫切需要一种轮廓轴向分层铣削的编程方法。笔者对此进行了仔细研究，最终利用数控系统的变量和循环功能，设计了实现零件轮廓轴向分层铣削的两种变量结构，经过实践验证，应用效果良好，下面以FANUC系统为例进行介绍。
一、零件加工轮廓分类
为了开发零件轮廓分层铣削变量结构，根据轮廓起点A和终点B之间的位置关系，如图1所示，我们将零件轮廓分为3类，即开放轮廓，封闭轮廓和交叉轮廓。
经过分析，开放轮廓和交叉轮廓的轴向分层铣削结构相同，我们统称为“开放轮廓分层铣削结构”，刀路特点为“分层铣削，层间抬刀”。针对封闭轮廓，出于提高铣削效率的目的，单独开发了轴向分层铣削结构，我们称之为“封闭轮廓分层铣削结构”，刀路特点为“分层铣削，层间不抬刀”。为了方便介绍上述两种分层铣削结构，我们用一个实际加工例子配合说明，零件简图如图2所示。二、开放轮廓分层铣削结构的设计及特点分析
1.程序结构设计
假定加工图2中 A→B→K→C之间的零件轮廓，该轮廓起点 A和终点 C不重合或相交，属于开放轮廓。加工刀具直径为 Φ12mm，每刀加工深度为2mm，加工刀路走向为 A→B，程序零点位置如图中所示，则分层铣削加工程序如下，程序加工刀路仿真效果如图3所示。
2.程序结构特点分析
在示例零件的加工程序中，N6-N11和N23-N24程序段共同构成了开放轮廓分层铣削结构。其中共使用了4个变量，其中N7～N8中的变量#30、#31和#32配合控制加工深度，#33作为计数变量控制循环次数。程序段N12～N22之间为开放轮廓完整铣削程序，包含刀具初始定位，刀偏启动，落刀，铣削轮廓，抬刀等内容，特别注意N12程序段中的G40指令字必不可少。
在实际应用中，如何控制铣削深度呢？方法如下，首先根据工况，确定#30（每刀切深度），如示例程序中的#30=2，然后作除法，利用零件厚度除以每刀切深，得数四舍五入，确定#32（切削次数）数值，如示例中16.3÷2=8.15≈8，然后用#30和#32中数值相乘，计算结果再减去零件厚度，得到#31的数值，如示例程序中2×8-16.3=16-16.3=-0.3，采用此方法，能够实现各种深度的加工。
该变量结构主要有4个特点，一是铣削刀路为“分层铣削，层间抬刀”。二是该结构不仅适合开放轮廓，相交轮廓，也适合封闭轮廓，通用性强。三是能够实现各种深度的加工，计算方便。四是虽然该结构使用变量较多，但实际应用中，操作人员只需关注N7～N9中的3个变量值，不需考虑其它变量结构，现场调整方便。
三、封闭轮廓分层铣削结构的设计及分析
1.程序结构设计
假定加工图2中 A→B→K→C→D→A之间的封闭轮廓，加工条件和参数值和加工开放轮廓的相同。为了提高铣削效率，程序结构进行了改进，设计成每层之间直接下刀，不再抬刀。为此，程序中添加了一段半径为 R15的辅助圆弧刀具路径，并选择图2中的 K点作为切入点。则分层铣削加工程序如下，程序加工刀路仿真效果如图4所示。
2.程序结构特点分析
在示例零件的加工程序中，N108～N113和N124～N125程序段共同构成了封闭轮廓的分层铣削结构。和开放轮廓分层铣削结构不同，其中使用了3个变量，其中N109、N110程序段中变量#30，#32数值的乘积确定零件大致深度，然后，通过N108程序段中的 Z值对最终深度进行微调，三者数值的计算方法和开放分层铣削结构中对应变量的计算方法相同。
另外，封闭轮廓铣削加工程序的编制方法不同于开放轮廓，首先，开放轮廓的铣削部分要求完全在循环体内，包括刀具初始定位和刀偏启动，最后抬刀。而封闭轮廓的铣削，刀具初始定位和刀偏启动程序段均在循环体外，循环体内仅包含轮廓铣削部分，而且轮廓铣削终点和起点必须重合，形成封闭，如N123程序段中的 X、Y坐标值，必需和循环体外落刀位置的 X、Y坐标值相同，否则会出现错误。其次，对于该结构，均需要增加辅助切入切出轮廓，一般为整圆，而且切入点一般选择在轮廓要素的交点位置，避免出现接刀痕。
该结构的铣削刀路特点为“分层铣削，层间不抬刀”，最大的优点是避免了频繁的抬刀，加工效率高，刀路平稳，对机床有利。此外，该结构也能实现各种铣削深度的加工，具有数据计算简单，现场调整方便的特点。
四、注意事项
在编制零件轮廓轴向分层铣削程序时，一定要注意残留毛坯的处理，否则会出现断刀、零件报废等事故。残留毛坯是指零件毛坯在轮廓加工后，没有经过铣削，剩余的毛坯部分。如图5所示， Φ12刀具加工后，在零件左上角的部分就是残留毛坯。加工中，如果这部分没有压住，在分层铣削
72 CAD/CAM与制造业信息化
的最后一刀，残留毛坯变形、移动和振动，可能造成刀具崩刃或折断，出现事故。
针对残留毛坯，我们按照“要么全部变成切屑，要么采用压板压住”的原则进行处理。对于较大的残留毛坯，采用压板压紧的办法，如图5所示，这样即提高效率，又节省材料。对于较小的残留毛坯，压板无法压住或者位置干涉时，可以编制额外的加工程序，将残留毛坯部分铣掉即可。
五、结语
根据实际加工需求，我们开发的两种零件轮廓轴向分层铣削结构，不仅能够实现高速切削“高转速、快进给、小切深”的加工要求，而且充分考虑了程序的实用性，程序结构准确、可靠，容易理解和掌握，即可用于高速机床的编程，也可用于普通加工中心的分层铣削，具有推广价值。虽然是针对FANUC数控系统开发的，但经过简单变化，可以很方便的移植到西门子、海德汉和华中数控等数控系统上使用。
同时，这也是宏变量技术在数控主程序编制中的典型应用实例，宏编程技术除了在开发数控机床特殊功能，定制固定循环和参数化编程方面独具优势外，在零件加工主程序中也具有广阔的应用天地，需要热衷于数控编程的技术人员去深入研究和思考。
和应用注意事项。
高速切削通常是指切削速度超过传统切削速度5～10倍的切削加工，我们常用高转速，小切深，大进给来描述其加工特点。由于具有高效率、高质量、低成本以及能够加工淬硬钢，薄壁零件等优点，近年来，高速加工技术在航空航天、汽车制造等机械制造领域得到广泛的使用。
编制高速切削程序的最佳方法是采用CAD/CAM软件。但是，由于本公司烟机零件属于典型机械零件，形状多样，加工内容多以轮廓铣削、钻、镗、铰孔和攻丝为主，软件编程有一定局限性，大部分还需要手工编程。尤其是加工零件轮廓时，为了实现高速切削，迫切需要一种轮廓轴向分层铣削的编程方法。笔者对此进行了仔细研究，最终利用数控系统的变量和循环功能，设计了实现零件轮廓轴向分层铣削的两种变量结构，经过实践验证，应用效果良好，下面以FANUC系统为例进行介绍。
一、零件加工轮廓分类
为了开发零件轮廓分层铣削变量结构，根据轮廓起点A和终点B之间的位置关系，如图1所示，我们将零件轮廓分为3类，即开放轮廓，封闭轮廓和交叉轮廓。
经过分析，开放轮廓和交叉轮廓的轴向分层铣削结构相同，我们统称为“开放轮廓分层铣削结构”，刀路特点为“分层铣削，层间抬刀”。针对封闭轮廓，出于提高铣削效率的目的，单独开发了轴向分层铣削结构，我们称之为“封闭轮廓分层铣削结构”，刀路特点为“分层铣削，层间不抬刀”。为了方便介绍上述两种分层铣削结构，我们用一个实际加工例子配合说明，零件简图如图2所示。二、开放轮廓分层铣削结构的设计及特点分析
1.程序结构设计
假定加工图2中 A→B→K→C之间的零件轮廓，该轮廓起点 A和终点 C不重合或相交，属于开放轮廓。加工刀具直径为 Φ12mm，每刀加工深度为2mm，加工刀路走向为 A→B，程序零点位置如图中所示，则分层铣削加工程序如下，程序加工刀路仿真效果如图3所示。
2.程序结构特点分析
在示例零件的加工程序中，N6-N11和N23-N24程序段共同构成了开放轮廓分层铣削结构。其中共使用了4个变量，其中N7～N8中的变量#30、#31和#32配合控制加工深度，#33作为计数变量控制循环次数。程序段N12～N22之间为开放轮廓完整铣削程序，包含刀具初始定位，刀偏启动，落刀，铣削轮廓，抬刀等内容，特别注意N12程序段中的G40指令字必不可少。
在实际应用中，如何控制铣削深度呢？方法如下，首先根据工况，确定#30（每刀切深度），如示例程序中的#30=2，然后作除法，利用零件厚度除以每刀切深，得数四舍五入，确定#32（切削次数）数值，如示例中16.3÷2=8.15≈8，然后用#30和#32中数值相乘，计算结果再减去零件厚度，得到#31的数值，如示例程序中2×8-16.3=16-16.3=-0.3，采用此方法，能够实现各种深度的加工。
该变量结构主要有4个特点，一是铣削刀路为“分层铣削，层间抬刀”。二是该结构不仅适合开放轮廓，相交轮廓，也适合封闭轮廓，通用性强。三是能够实现各种深度的加工，计算方便。四是虽然该结构使用变量较多，但实际应用中，操作人员只需关注N7～N9中的3个变量值，不需考虑其它变量结构，现场调整方便。
三、封闭轮廓分层铣削结构的设计及分析
1.程序结构设计
假定加工图2中 A→B→K→C→D→A之间的封闭轮廓，加工条件和参数值和加工开放轮廓的相同。为了提高铣削效率，程序结构进行了改进，设计成每层之间直接下刀，不再抬刀。为此，程序中添加了一段半径为 R15的辅助圆弧刀具路径，并选择图2中的 K点作为切入点。则分层铣削加工程序如下，程序加工刀路仿真效果如图4所示。
2.程序结构特点分析
在示例零件的加工程序中，N108～N113和N124～N125程序段共同构成了封闭轮廓的分层铣削结构。和开放轮廓分层铣削结构不同，其中使用了3个变量，其中N109、N110程序段中变量#30，#32数值的乘积确定零件大致深度，然后，通过N108程序段中的 Z值对最终深度进行微调，三者数值的计算方法和开放分层铣削结构中对应变量的计算方法相同。
另外，封闭轮廓铣削加工程序的编制方法不同于开放轮廓，首先，开放轮廓的铣削部分要求完全在循环体内，包括刀具初始定位和刀偏启动，最后抬刀。而封闭轮廓的铣削，刀具初始定位和刀偏启动程序段均在循环体外，循环体内仅包含轮廓铣削部分，而且轮廓铣削终点和起点必须重合，形成封闭，如N123程序段中的 X、Y坐标值，必需和循环体外落刀位置的 X、Y坐标值相同，否则会出现错误。其次，对于该结构，均需要增加辅助切入切出轮廓，一般为整圆，而且切入点一般选择在轮廓要素的交点位置，避免出现接刀痕。
该结构的铣削刀路特点为“分层铣削，层间不抬刀”，最大的优点是避免了频繁的抬刀，加工效率高，刀路平稳，对机床有利。此外，该结构也能实现各种铣削深度的加工，具有数据计算简单，现场调整方便的特点。
四、注意事项
在编制零件轮廓轴向分层铣削程序时，一定要注意残留毛坯的处理，否则会出现断刀、零件报废等事故。残留毛坯是指零件毛坯在轮廓加工后，没有经过铣削，剩余的毛坯部分。如图5所示， Φ12刀具加工后，在零件左上角的部分就是残留毛坯。加工中，如果这部分没有压住，在分层铣削
72 CAD/CAM与制造业信息化
的最后一刀，残留毛坯变形、移动和振动，可能造成刀具崩刃或折断，出现事故。
针对残留毛坯，我们按照“要么全部变成切屑，要么采用压板压住”的原则进行处理。对于较大的残留毛坯，采用压板压紧的办法，如图5所示，这样即提高效率，又节省材料。对于较小的残留毛坯，压板无法压住或者位置干涉时，可以编制额外的加工程序，将残留毛坯部分铣掉即可。
五、结语
根据实际加工需求，我们开发的两种零件轮廓轴向分层铣削结构，不仅能够实现高速切削“高转速、快进给、小切深”的加工要求，而且充分考虑了程序的实用性，程序结构准确、可靠，容易理解和掌握，即可用于高速机床的编程，也可用于普通加工中心的分层铣削，具有推广价值。虽然是针对FANUC数控系统开发的，但经过简单变化，可以很方便的移植到西门子、海德汉和华中数控等数控系统上使用。
同时，这也是宏变量技术在数控主程序编制中的典型应用实例，宏编程技术除了在开发数控机床特殊功能，定制固定循环和参数化编程方面独具优势外，在零件加工主程序中也具有广阔的应用天地，需要热衷于数控编程的技术人员去深入研究和思考。