前言:
在生产实践中,通常需要在某圆柱面上加工出沟槽形状零件,其数控程序编制常采用两种方法:普通手工编程和CAD/CAM自动编程。如果米用CAD/CAM软件自动编程,零件造型复杂、后置处理生成的G代码冗长、需要设计专门的机床后处器,且过程繁琐周期较长。如果采用普通手工编程,由于是四轴加工,数据计算量大且计算困难,较难实现。根据多年的数控编程经验,在圆柱面上加工沟槽形状零件,可以采用手工编程的高级形式-宏程序实现[1]。
一组以子程序的形式存储并带有变量的程序称
为宏程序。宏程序与普通数控程序相比较,普通程序的程序字为常量,一个程序只能描述一个几何形状,缺乏灵活性和适用性。宏程序是一种高级数控编程语言,与常见数控系统编程指令不同,程序中通常带有变量、运算符、表达式及循环语句等,运用宏指令对变量进行赋值、运算等处理,宏程序能执行一些有规律变化(如非圆二次曲线轮廓)的动作[2]。
2. 1加工工艺分析
如图1所7K,在一圆柱面上(直径100 mm,长200 mm),加工四条空间螺旋槽,互成90°,均布在圆周上,每条螺旋槽槽宽20mm,深3 mm,槽底有r =4 mm的圆弧,螺旋槽圈数为2,螺距为100 mm。显然,该零件加工需要4轴和Z轴、Z轴(槽深方向周期进给)三轴联动才能实现加工,因此,该零件是在学校数控实训基地的一台配有FANUC 18M高速四轴立式加工中心机床上加工的,轴为伺服驱动分度回转轴,采用$20R4的圆刀M。
2.2宏程序编程步骤
2.2.1绘制螺旋槽的二维展开直线
该螺旋槽可看成是一条直线在直径为100 mm圆柱面上的投影,首先绘制出螺旋槽的引导线-螺旋线二维展开图,根据相关数据经过计算后,绘制螺旋槽展开矩形,矩形长i = TTx£)xn= 628 mm,宽//=Tx/i =200 mm,式中D为螺旋槽直径mm,ra为螺旋线圈数,:T为螺旋槽螺距mm。连接矩形对角线,直线为螺旋槽的二维展开直线,八为螺旋槽展开直线的起点,
为螺旋槽展开直线 图2螺旋槽平面展开图的终点,如图2所示。
2.2.2直线F坐标值转换为4轴坐标值的计算螺旋槽的加工需要X轴和4轴进行联动,F坐标始终保持不变,编程难点在于将直线的F轴坐标值转换为第四轴的回转坐标4值。如图3所示,设直线上任一点MU,y),M点在圆柱面上的投影为财,,相当于把直线段贴合到圆柱面上,对应的圆弧段为,且直线段= km,,圆弧段尺%对应的圆心角就是回转坐标尤由几何知识计算得M/CM为直线段的长度,即M点的F坐标值,尺为螺旋槽直径,计算出的4单位为角度[4-7]。
当图2的直线段P'2每个点的坐标都己知时,可以用上面的公式计算出对应点的回转坐标4,从而将y坐标转换成第四轴的回转坐标。
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结束语:
四轴可以实现比三轴更复杂的零件加工,有效地扩大图5 VERICUT仿真加工效果图机床的工艺范围。空间螺旋槽的四轴数控加工宏程序编程的关健之一是建立螺旋线的数学方程,将空间问题转化为平面问题,其次是考虑第四轴加工坐标转换时,如何将直线y坐标值转化为回转坐标值。通过赋值宏变量(螺旋槽半径、直线长度等),可以实现不同尺寸的圆柱面上加工多个不同尺寸的沟槽。根据直线坐标与回转坐标的转换原理,将文中直线段的四轴数控加工宏程序进行适当修改,可以实现圆、椭圆、双曲线等常见曲线在圆柱曲面上的投影加工。宏程序编程具有结构紧凑,语句简洁的特点,克服了手工编程不能加工复杂零件、自动编程程序臃肿、通用性差的弊端。
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