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關(guān)于異型件的加工中心編程研究及粗糙度值分析
2016-2-6  來(lái)源:廣州華立科技職業(yè)學(xué)院   作者:詹建新

       摘要:加工中心手動(dòng)編程適用于簡(jiǎn)單的零件,對(duì)于由非圓曲線構(gòu)成的零件,是手動(dòng)編程中的難點(diǎn)。但對(duì)于某些簡(jiǎn)單的異型件,如果能通過(guò)數(shù)學(xué)模型得到刀具實(shí)際運(yùn)行曲線的數(shù)學(xué)公式,并運(yùn)用宏程序與子程序,也能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)加工中心編程。本文研究了一個(gè)簡(jiǎn)單異型件的加工中心程序,并簡(jiǎn)單介紹了該工件表面粗糙度值的計(jì)算方法,希望能對(duì)從事手動(dòng)編程的工作人員及教學(xué)人員有所幫助。


      關(guān)鍵詞:加工中心編程;宏程序;子程序;粗糙度值


      1 、引言


     隨著CAM軟件的普及,使用軟件編程的人越來(lái)越多而使用手動(dòng)編程的人員越來(lái)越少,對(duì)于從事模具制造或機(jī)械加工的人員來(lái)說(shuō),通過(guò)運(yùn)用CAM軟件編寫零件的加工程序當(dāng)然方便,但對(duì)于從事機(jī)床制造與維修的人員或作為培養(yǎng)數(shù)控人才的老師,掌握一些典型的非圓曲線的編程方法,包括宏程序與子程序的編寫方法,才能真正體現(xiàn)對(duì)機(jī)床性能的熟練掌握程度。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)主要是直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ),還沒(méi)有提供非圓曲線的插補(bǔ)功能,對(duì)一些非圓曲線的編程,則是通過(guò)微分的方法,將曲線分解成許多細(xì)小的線段,用直線插補(bǔ)功能來(lái)實(shí)現(xiàn),其中需要用到宏程序,子程序或循環(huán)指令才能完成。


     下面以一個(gè)非典型的橢圓臺(tái)零件為例,介紹了手工加工中心編程在簡(jiǎn)單異型件方面的研究與應(yīng)用,并且簡(jiǎn)單介紹了粗糙度值的計(jì)算方式。在這里,設(shè)定橢圓臺(tái)最大橢圓的長(zhǎng)軸為a,短軸為b,側(cè)面圓弧的半徑是R,橢圓的中心與坐標(biāo)中心重合,長(zhǎng)半軸與X 軸重合,如圖1所示。

 

     


     圖1 側(cè)面是圓弧的橢圓臺(tái)


      2 、工藝分析


     (1)該零件是一個(gè)非典型的橢圓臺(tái),與底面平行 的剖面全部為橢圓,與中心軸共面的側(cè)面剖面線為圓弧,可以用子程序編寫每層橢圓切削的程式。
     (2)粗加工為從上往下切削,精加工由下往上切削,加工的切削方向?yàn)轫槙r(shí)針。
     (3)因?yàn)樵摿慵膫?cè)面是一個(gè)圓弧型的曲面,因此球形刀具在加工時(shí)的有效半徑隨不同的加工深度而變化,因此編程時(shí)不適宜用刀具半徑補(bǔ)償,而是用刀具中心實(shí)際運(yùn)行的曲線編寫程式。
     (4)刀具中心的實(shí)際運(yùn)行路線是一條與橢圓曲線等距的曲線,如橢圓的方程式為(acosθ,bsinθ),則橢圓外側(cè)等距偏移曲線的方程為:


      

      式中a——橢圓長(zhǎng)半軸
      b——橢圓短半軸
      θ——橢圓上任意一點(diǎn)與X軸的夾角,往橢圓
      外側(cè)的偏移距離為H
     (5)本文所用參數(shù)、變量說(shuō)明如表1所示。


                                                                  表1 參數(shù)表

      


     3 、粗加工編程


     粗加工工藝:
 
     (1)粗加工用平底刀,由上往下分層切削,切削方向?yàn)槟驺姟?br />     (2)每層是由外向里切削,當(dāng)?shù)毒咧行呐c零件輪廓距離小于0.8倍直徑時(shí),則切削下一層,粗加工的切削方式如圖2所示。
     (3)粗加工的流程結(jié)構(gòu)如圖3所示。

 

      

      圖2 粗加工線路圖
      a——粗加工由上往下切削b——粗加工由外往里切削

 

      

      圖3 粗加工流程圖

 

     (4)粗加工的程序?yàn)椋?/font>

      

      

      


     (5)粗加工子程序調(diào)用命令為:G65 P0101 A_B_C_I_D_E_F_H_


      4 、精加工編程


     精加工用球刀編程,加工每層橢圓曲線的子程式為:


    (1)精加工時(shí),刀具的實(shí)際路線是一條偏移橢圓外側(cè)的曲線,該曲線的公式見(jiàn)公式(1)。
    (2)當(dāng)?shù)毒哌\(yùn)行到任意位置時(shí),橢圓的長(zhǎng)軸為:a-[r1-r1×cosψ],短軸為:b-[r1-r1×cosψ],刀具的有效半徑為:r2×cosψ,刀尖頂點(diǎn)的高度為:[r1+r2]×sinψ-r2;          r1為工件側(cè)面圓弧半徑,r2為刀具半徑,ψ為刀具點(diǎn)和圓心連線與水平面的夾角。
    (3)該程序按刀具中心實(shí)際路線即圖中的虛線編程,因此不用刀具半徑補(bǔ)償,子程序開(kāi)始時(shí),刀具位于AF的中心點(diǎn)。
    (4)切削時(shí)為順時(shí)針切削,而且為圓弧切入、切出,因此切削時(shí)的順序?yàn)锳→B→C→D→E→B→F,如圖4所示。

 

      

      圖4 加工順序

 


     (5)精加工的流程結(jié)構(gòu)如圖5所示。

   

        


      圖5 精加工流程圖


  

    (6)精加工的程序?yàn)椋?/font>


     

     

     


     (7)精加工子程序調(diào)用命令為:G65 P0102 A_B_C_I_J_K_


      5、 主程序編程


     以橢圓的長(zhǎng)半軸為200,短半軸為100,零件高度為80,側(cè)面圓弧為120,粗加工刀具直徑為?16(半徑為8),粗加工余量為0.5,粗加工下刀點(diǎn)為(240,0),粗加工背吃刀量為0.5,精加工進(jìn)、退刀半徑、精加工刀具為?10R5為例,編寫主程序。

    

     
 

      6 、曲面粗糙度的分析


     球刀在圓弧形表面上分層銑削時(shí),由于兩個(gè)相鄰層次的刀路上有一個(gè)高度差,導(dǎo)致零件表面不能完全銑削,于是就產(chǎn)生了表面粗糙度,在圖6所示的圖形中,DE 是該粗糙度的最大值,對(duì)于規(guī)則的圓弧曲面, 該粗糙度的最大值可以計(jì)算出來(lái)。

 

       


     圖6 球面加工示意圖

    

             

       


      7、 結(jié)束語(yǔ)


     本文綜合運(yùn)用了FUNAC系統(tǒng)的子程序、宏程序、循環(huán)指令進(jìn)行編程,詳細(xì)指出在編寫異型零件的加工程序時(shí),必須先用數(shù)學(xué)公式推算出刀具運(yùn)行軌跡實(shí)際曲線的表達(dá)式,利用這些表達(dá)式來(lái)進(jìn)行微分,再用直線插補(bǔ)的方式進(jìn)行編程。


     本文結(jié)尾處介紹了單一加工方向上的表面粗糙度值的計(jì)算方式,實(shí)際情況比這復(fù)雜很多,在實(shí)際進(jìn)行表面粗糙度計(jì)算時(shí)應(yīng)綜合考慮各種影響因素。

 

 

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