前言
箱體是一種常見的加工對象,它的結構形狀比較複雜,在箱體上有各種軸承支撐孔和緊固孔,而這些孔的精度與粗糙度又要求較高,所以,通常都是用數控機床來加工。如何設計孔加工的NC刀具軌跡,既可以保證加工的精度又能提高加工效率,是實際工作中經常要碰到的問題。
此處談到的擴孔是指所有大徑孔的加工,分為有無預製孔、是否為通孔等多種情況,其數控機床刀具的加工軌跡設計十分複雜。筆者對刀具參數、孔的形狀進行了研究,提出了一種高速、高精度擴孔的NC刀具軌跡設計方法。
2 螺旋擴孔加工
用銑削等方法擴孔加工可以分為三個階段:導入、加工和退刀。
目前擴孔常用的方法是一層一層加工,即刀具先向下切削導入到一定的深度,再向外擴孔,達到需要的孔徑后,刀具退出,一層加工完畢。然後再重複上述動作加工第二層,直到孔加工完成,這實際上是2.5軸加工。這種加工不但費時,精度也難以保證。另外一種方法是從內向外加工,即從最上面開始,螺旋向下加工完中間的小孔,然後退回上面起始點再向外擴孔,直到孔加工完成。這種螺旋擴孔加工是一種三軸聯動的銑孔,它具有加工質量好、加工效率高等優點,但刀具軌跡設計比較困難。現介紹如下:①由刀具半徑R和用戶設定的加工重疊率k=(R-r1)/R,確定第一次加工的刀具中心運動半徑r1=(1-k)R(加工重疊率k決定加工重疊區域,見圖1);②刀具由圓心沿半徑r1/2的小半圓螺旋線導入,深度為P/4。其中螺距P=H/(N+0.25),H為孔的深度,N為螺旋圈數;③刀具以半徑r1、螺距P進行螺旋擴孔加工N圈;④刀具繞半徑r1圓周走一圈,將底部加工乾淨;⑤刀具沿半徑r1/2的小半圓弧退出加工面,回到圓心;⑥刀具沿軸心線由孔底部回到孔的上部,見圖2a。
當{孔的半徑>[刀具半徑×(2-k)]}時,還需進行第二次擴孔,方法與前面一樣,只是第二次加工的刀具運動半徑為r2= r1* 2R(1-k)。
同理,當{孔的半徑>n[刀具半徑×(2-k)]}時,需要進行n+1次擴孔,方法與前面一樣,第n次加工的刀具運動半徑為rn=rn-1+2R(1-k),式中n為正整數見圖2b。
下面為刀具軌跡相關部分的G 代碼:
0100(NT # 50 2 MCV410)
G91 G17 G00
G92 X0.0 Y0.0 Z100.0
X-72.792 Y-13.986
Z-95.0
G01 Z-15.0 F72 S6543
G03 X4.95 Y4.9 I-4.95 J-4.95
X-4.95 Y-4.95 R3.5
G00 Z15.0
在有預製孔的時候,以預製孔的半徑代替r1即可。
圖3 螺旋擴孔加工實例
3 通孔加工的退刀問題
上節介紹的為盲孔加工,刀具在底部要沿圓周走一圈,以保證加工精度。如果是通孔時,可以根據加工參數來判斷是否要走這一圈。加工通孔時要設定刀具的切出長度,當切出長度小於螺旋加工的螺距時,一定要走一圈,否則會產生孔壁的漏切:當刀具的切出長度大於螺距時,最後一圈可以省略不走,直接沿小半圓弧退出即可。這樣可以在不降低加工精度的情況下,節省加工時間,提高加工效率。
4 結束語
該刀具軌跡設計方法已成功地用於生產加工,精度及效率均有明顯提高。如傳統的一層一層擴孔,用R=30mm的刀具,加工一直徑為?150mm、深200mm的孔時,需用19.5min,改用本文的方法僅用時10.2min。圖3為採用螺旋擴孔加工的示例,經過三次擴孔,其中r1=15mm、r2=36mm、r3=60mm。
同時,傳統的一層一層加工,刀具要常常退出和導入,產生停頓,影響孔面加工質量。而採用螺旋擴孔加工時,最外一層是一次加工完成,沒有停頓,可以提高加工表面質量。稍加改動本方法還可以用於型腔加工。
通過與企業的多年合作,發現像這類生產中亟需解決的技術問題還很多,它在一定程度上制約了我國機械加工水平的提高。今後我們還將繼續從事與生產實踐密切相關的技術研究,希望能為國家機械工業的發展出一份力