〇引言
在实际生产加工中曲面的加工编程往往有自动编程和宏程序 手工编程两种形式。自动编程常常借助于CAD/CAM软件,由于 CAD/CAM软件构造曲面的底层数学模型所限,也由于CAD/CAM软 件对曲面生成刀具轨迹的逼近原理所限,在执行事实上真正的整圆 或圆弧轨迹时,软件无法智能地判断,生成的程序并不是G02/GO3 指令,而是G01逐点逼近形成的圆。如此一来不但生成的程序指令 占据庞大的空间使得机床反应迟钝,更重要的是由于直线逼近原理 会使在造型期间的计算误差在加工过程中被放大进而影响工件精 度及表面质量。本文以典型外球面的曲面手工编程加工为例详细进 行了加工分析,并以实践方式得以论证。通过详细实践操作、详细分 析最终得出加工路径的合理性对实际加工工件的性能及质量的影 响,重要的是加工分析思路,由此可以更大程度影响以后实际加工, 并且对于数控教学也有很大的指导意义。
1外球面加工基本知识
1.1球面加工常用刀具的选择
粗加工可以使用键槽铣刀或立铣刀,也可以使用球头铣刀。精 加工应使用球头铣刀。
1.2 球面加工的走刀路线
_般使用一系列水平面截球面所形成的同心圆来完成走刀。在 进刀控制上有从上向下进刀和从下向上进刀两种,一般应使用从下 向上进刀来完成加工,此时主要利用铣刀侧刃切削,表面质量较好, 端刃磨损较小,同时切削力将刀具向欠切方向推,有利于控制加工 尺寸。
1.3 进刀控制算法 1.3.1进刀点的算法
① 先根据允许的加工误差和表面粗糙度,确定合理的Z向进刀 量,再根据给定加工深度Z,计算加工圆的半径,即:r=sqrt[R2-z2]。此 算法走刀次数较多。
② 先根据允许的加工误差和表面粗糙度,确定两相邻进刀点相 对球心的角度增量,再根据角度计算进刀点的r和Z值,即Z = R*sin0,r=R*cos0。
1.3.2进刀轨迹的处理
① 对立铣刀加工,曲面加工是刀尖完成的,当刀尖沿圆弧运动 时,其刀具中心运动轨迹也是_行径的圆弧,只是位置相差一个刀 具半径。
② 对球头刀加工,曲面加工是球刃完成的,其刀具中心是球面 的同心球面,半径相差一个刀具半径。
2加工方案提出及分析
2.1方案提出
2.1.1 逐层加工法
逐层加工法就是应用宏程序设置循环驱动铣刀,在同_平面用 GO2/GO3铣削圆台时Z向保持不变,待X、Y向铣削完成后X、Y向 运动停止后,铣刀再沿着Z轴向上或向下进行插补,待到达指定值 后再进行第二次循环,直到整个循环过程完成。
2.1.2 螺旋插补加工法
螺旋加工法是指整个铣削过程从下刀开始到终点铣刀沿某一 条特定的螺旋线上升或下降进行插补。整个插补过程Z轴的移动是 伴随着X、Y的移动而逐步变化的。
2.2方案论证与实施 2.2.1 逐层加工法的分析
整个加工过程中的刀具路径是这样子的:铣刀在程序的控制下 首先以GO1的方式运行到预想圆的加工起始点,稍作停留,然后再按GO2/GO3的插补方式进行圆弧插补,待整圆加工完成后Z轴以 GO1方式向上或向下运动,到指定之后X、Y轴再按GO1方式运动, 重复以上步骤直到加工结束。
在整个加工过程中Z轴的运动总是独立的、不连贯的,在加工 完一层后由于Z轴的迟钝反应及突然加速,机床会发生颤抖”,而 由此产生的后果往往是致命的,轻的会影响工件精度或表面质量, 而重者则会折断刀具。图2-1就是逐层加工后的效果仿真放大图。 实际加工中由于Z和X/Y轴的突然运动对工件的精度及表面质量 是显而易见的。
分析上图所示质量问题,造成这样的后果主要是由于加工中心 的X、Y、Z三轴的运动不协调造成的,为了克服图2-1中的质量问题 我们采取了常用的圆弧切入圆弧切出地方法进行加工。即图2-2 所示的加工方法。
在采取了圆弧切入圆弧切出方法后表面质量有了明显改观,特 别是由于X/Y轴的移动造成的过切现象得到了彻底改善,实际放大 模拟效果如图2-3。但是从下图中可以明显看出由于X、Y、Z三轴 的不协调造成的台阶现象还是没有丝毫改变。
2.2.2螺旋插补法分析
为了彻底解决以上的现实问题,我们又提出了螺旋插补的加工 方法,如图2-4加工示意图所示,铣刀从球体的下端开始沿着一条 螺旋线缓缓上升,在上升的过程中机床的三个坐标轴同时运动,相 互协调完美结合。
3结论
生产实践表明灵活安排加工工序,合理设置刀具加工路径,在 数控加工中有着重要的意义。它给我们的编程和加工带来很大的方 便,能大大地提高工件精度、表面质量以及工作效率。?
本文通过一个简单的加工实例揭示了机械加工领域发展前进 的过程,发现在机械加工领域里学习和创新是永无止境的,只要善 于钻研刻苦努力技术水平和学术理论定能攀上新的台阶。在以后的 工作中我将秉承精益求精的思想,遇见问题要多思考多和别人多探 讨,争取找到最佳解决方案。笔者衷心希望,我国科技界、产业界和 教育界通力合作,把握好知识经济带来的难得机遇,迎接竞争全球 化带来的严峻挑战,为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界 的前列,使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗!
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