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    大型弧面用四軸機床加工?怎么加工?
    2020-03-12 14:29:26

     本文針對臥式四軸機床上加工大型弧面的一種新的方法進行了系統分析,建立了數學模型,編寫了全參數化宏程序,提高了弧面的加工效率,保證了產品的加工品質。

    1.加工分析

    弧面是一種常見的加工特征,加工方法也多種多樣。大型弧面的加工在日常的機械加工中還是一個難點。如圖1所示零件,其外形尺寸為280mm×210mm×114mm,外側弧面半徑為745mm。該弧面粗加工可以采用傳統的加工方法,精加工時,初步選用沿圓周方向進行銑削,但由于弧面長度為280mm,若兩邊接刀加工,則刀具懸伸較長,加工過程容易出現顫動,刀具磨損加劇,壽命低,加工質量差、效率低;另外,也可以沿圓弧步進,兩邊接刀,利用刀具的側刃,沿母線進行加工,加工刀具選用球形刀具或者R角銑刀。由于弧面半徑大,為保證表面粗糙度要求,則需選用較小的步距進行逼近加工,加工效率特別低,其加工時間約兩個工時。

    經過優化選擇,選用面銑刀沿母線進行加工。裝夾找正時,使圓弧中心軸線與工作臺面保持垂直。工作臺每旋轉一次,刀具沿母線進行一次切削,依次往復加工,直至弧面成形。該方法難點在于宏程序的編制。

    2. 技術方案

    弧面的中心若與四軸機床的工作臺中心重合,則編程會很簡單。通常情況下,由于受空間限制,弧面經常會不與工作臺的中心重合,這為編程帶來很大難度。為保證加工方法的通用性,以下主要針對上述加工方法一般情況進行討論分析。其他加工方法應用已比較普遍,不再贅述。

    (1)數學模型分析 圖2中三張圖片分別為工件裝夾初始位置、加工初始位置和加工終點位置三種狀態下的示意圖,其中O點為工作臺的中心位置,A點為加工的起始位置,B點為終止位置,C點為圓弧的初始位置。

    如圖2所示,把X、Z軸零點設置在工作臺中心位置,Y向零點設置在弧面的頂端。計算加工位置,然后沿Y向切削一次,依此往復,直至加工到終點位置。

    (2)宏程序編制 程序邏輯控制圖如圖3所示。先對各參數賦值,然后依據弧面中心的坐標數值,對其所在的象限進行自動判別。對象限判別的目的是為了計算圓弧中心和工作臺中心(零點位置)連線與Z軸正向之間的夾角。最后,進入加工階段,開始按宏程序進行往復加工。

    宏程序采用西門子系統指令進行編制計算,零點在工作臺中心,Y向零點在工件的上表面,工作臺每轉0.5°,沿母線進給一次,需步進36次。經過計算,加工殘余高度為0.007 1mm,滿足技術要求。程序如下:
    G54;設定坐標系
    G64;啟動連續切削模式
    SOFT;圓滑增減速打開
    FFWON;前饋控制打開
    T1D1;調用φ50端面銑刀,選擇1號刀具,調用1號長度補償;用Vericut仿真時更改為T1M6
    G0 X300Y60;初始定位Z500;快速運動到安全位置S1300M03;
    R1=100;初始裝夾位置R745圓弧中心X坐標

    R2=-515;初始裝夾位置 R745圓弧中心Z坐標
    R3=-9;加工初始狀態角度初值
    R4=745;工件圓弧半徑
    R5=280;弧面長度
    R6=25;刀具半徑
    R7=-1;方向控制變量,初始向下,設置為-1
    R8=R7;圓弧中心位置判斷及初始角度計算
    R11=SQRT(R1*R1+R2*R2);圓弧中心相對工作臺中心旋轉半徑
    R 9 = A S I N ( R 1 / S Q R T ( R 1 * R 1 + R2*R2));
    IF R1<0 GOTOF BB1;滿足條件跳轉,否則進行一、二象限角度判別
    IF R2<0 GOTOF AA1;
    R10=R9;第一象限角度判別計算
    GOTOF BB;完成后跳出判別區域 AA1:
    R10=180-R9;第二象限,角度判別計算
    GOTOF BB;完成后跳出判別區域BB1:
    IF R2<0 GOTOF AA2;第三、四象限初始角度判別
    R10=R9
    GOTOF BB
    AA2:
    R10=-180-R9;判別結束
    BB:
    G1 B=R3;
    R16=R11*SIN(R10-R3);圓弧中心X坐標值
    R17= R11*COS(R10-R3);圓弧中心Z坐標值
    TRANS X=R16 Z=R17+R4;坐標偏移
    G01Z0F2000;Z軸定位
    G01X0F1500;X軸定位
    G01Y=0-8*R6*1.2+(R8+R7)*(R5+ R6*2.4)/2;數字1.2為單邊延伸系數。2.4為兩邊總延伸系數。
    R7=-R7
    R3=R3+0.5;度數遞增
    IF R3<=9 GOTOB BB;滿足條件跳轉
    TRANS;坐標偏移取消
    G0Z=IC(200);Z向退刀
    X300Y300;移動到安全位置
    G1C0F3000;工作臺旋轉至初始位置
    M05;主軸停止
    M09;冷卻液關閉
    M30;程序結束,系統復位



    程序相關說明:
    ①在ZOX平面內進行角度計算,Z為橫軸,X為縱軸。②注意工作臺旋轉時,順時針為正,而坐標系逆時針旋轉 為 正 。③ 圓 弧 初 始 位 置 坐 標值,通過對刀確定。④工作臺的中心坐標,建議使用基準塊進行校準,這樣有利于減少零件的加工誤差。

    在仿真軟件Vericut中對宏程序進行了仿真模擬,效果如圖4所示。

    3. 結語

    本文提出一種比較高效的大型弧面加工方法,建立了加工數學模型,編寫了通用的全參數化往復加工宏程序,針對不同的弧面,具有很好的適應性。經實際加工驗證,相比傳統的加工方法,弧面精加工效率提高了8倍左右。另外,加工過程更加平穩,加工品質得到很大程度提升。

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