利用編程方法解決凹圓弧表面加工的問題

2010-04-12 00:00:00馮磊

新課程·上旬 2010年20期

一、凹圓弧加工方法

在普通車床的車削加工中，凹圓弧表面的車削通常是采用手工憑經驗進行車削的方法來完成，或者用定型車刀進行車削。前者很難保證加工精度;后者對刀具的要求比較高，主要是刀具的形狀需要與工件的形狀完全吻合。對于小批量多規格的生產，刀具的制造成本相對較高。

隨著數控技術的快速發展，對于軸類零件的圓弧形輪廓，人們采用數控車床對其進行加工，而使用的刀具為普通外圓車刀，取得了一定的效果。用這種加工方法加工的凹圓弧形外廓的走刀軌跡很準確，但其加工的表面位置受到一些限制，加工的表面只能是第二象限的型面(車床只能夠加工第一、二象限的圓弧型面)，如果是跨象限的型面就有可能在第一象限內或第二象限內受到刀具后角的干涉而產生廢品。

二、實踐中凹圓弧表面加工的兩種問題

比如，我們現在要加工以上零件的表面圓弧，我們按照一般編程方法編程如下(只有圓弧部分)。

N100 M03 S800 T0101;

(1號刀具為圓弧刀具)

N110 G00 X22 Z-16;

(快速接近圓弧起始點)

N120 GO1 X20 Z-16 F200 S500;

(進給到圓弧的起始點)

N130 G02 X20 Z-34 I12 K-9:

(順時針加工圓弧)

N140 G01 X22 Z-34;

(徑向退刀)

1.采用圓弧車刀加工

加工后的零件憑肉眼看，圓弧的輪廓類似于所要求的圓弧，外觀很好。但是用卡尺測量不難發現，加工出來的圓弧并不能滿足圖紙的設計要求，圓弧的起點與終點的距離沿Z軸方向總是變大。分析尺寸變大的原因，發現圓弧刀具與實際工件圓弧面發生了干涉，從而影響了零件的精度和質量。

2.采用尖刀刀具加工

我們將圓弧車刀換成尖刀來加工圓弧，基本能夠達到設計要求。在精度、刀具強度等各方面條件許可的情況下，確實有一些圓弧面完全可以用尖刀刀具來完成。但是，這種情況是有限制條件的。除了表面粗糙度等各方面的限制外，還有尖刀刀具角度的限制等。故用尖刀刀具加工圓弧時，圓弧的弧度受到一定的限制。簡單地說，一些圓弧用尖刀加工必定發生干涉。

三、探究用編程方法解決圓弧刀干涉現象

通過實踐我們分析出，采用了在數控車床上用圓弧車刀對凹圓弧形外廓進行加工，圓弧車刀加工的工件雖然很漂亮但依然存在干涉問題。下面我就具體闡述用編程的方法解決圓弧車刀的干涉問題。

具體分析如下:(還以上述加工為例)如圖所示，假設所加工的圓弧半徑為R，圓弧刀具半徑為r，因為刀位點(這里指刀具的頂點)總是在刀具圓弧中心軌跡的垂直方向上增大一個r，故在O點的垂直方向上取一點O'，且OO'距離為r。以O'為圓心，R-r為半徑作一圓弧，我們假設此圓弧就是刀位點的走刀軌跡?？梢宰C明，刀位點按此圓弧走刀后，切削出來的零件輪廓就是半徑為R的圓弧型面。

證明如下:取刀位點軌跡上的任意一點D，對應的刀具圓弧中心點為E。 ∵DE、OO'均為垂直于Z軸的直線∴DE//OO' 又DE=OO'=r∴四邊形OEDO'為平行四邊形∴DO'//EO DO=EO〔平行四邊形對應邊平行且相等)∴DO'=EO=R-r故我們假設的圓弧完全正確，所以，弧ACB與弧A'B'所對應的中心角完全相同，半徑分別為R和R-r?；CB就是所需要加工的圓弧型面。3起點與終點的確定從圖中可以看出，刀具圓心起始點在A'點，終點在B'點，故刀具的刀位點的起始點、終點分別為M、N。只要計算出它們分別與A、B的位置關系以及O'點的坐標就可以編程了。

在圖中有:sin∠AOP=AP/AO=|Xa-XO|/R(Xa、XO為A點和O點的X軸坐標) A'Q=A'Osin∠AOP=(R-r)sin∠AOP=(R-r)

|Za-ZO|/R 由此M點的Z軸坐標可以通過A點的坐標與PQ的值計算得到。同理可計算出N點的坐標值。根據以上的計算結果，就可以編寫數控加工程序。

這時選取圓弧刀具半徑為3，根據半徑R=15及跨距為18，可得Xa=44。M、N點的坐標分別為(18.8，-17.8)、(18.8，-32.2)。最終解決問題程序如下:

N100 M03S800T0202;

(2號刀具為所選圓弧刀具)

N110 G00 G90 X21 Z-17.8;

(快速進給到指定位置)

N120 G01 X18.8 Z-17.8 F100;

(徑向進給圓弧起始點)

N130 G02 X18.8 Z-32.2 R12;

(加工圓弧)

N140 G01 X21 Z-32.2;