四軸機(jī)床加工大型弧面方法研究

■ 山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 （046012） 許軍鋒 李 淵 李 娜 張 森 張志奇

弧面是一種常見的加工特征，加工方法也多種多樣。針對大型弧面的加工是日常機(jī)械加工的一個難點(diǎn)。如圖1所示零件，其外形尺寸為280mm×210mm×114mm，外側(cè)弧面半徑為R745mm。該弧面粗加工可以采用傳統(tǒng)的加工方法，精加工時，初步選用沿圓周方向進(jìn)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(xiàn)顫動，刀具磨損加劇，耐用度低，加工質(zhì)量差、效率低；另外，也可以沿圓弧進(jìn)給，兩邊接刀，利用刀具的側(cè)刃，沿母線進(jìn)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，為保證粗糙度要求，則需選用較小的步距進(jìn)行逼近加工，加工效率特別低，其加工時間約2個工時。經(jīng)過優(yōu)化選擇，選用面銑刀沿母線進(jìn)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(zhuǎn)一次，刀具沿母線進(jìn)行一次切削，依次往復(fù)加工，直至弧面成形。該方法難點(diǎn)在于宏程序的編制。

圖 1

1.技術(shù)方案

弧面的中心若與四軸機(jī)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(jīng)常不會與工作臺的中心重合，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的一般情況進(jìn)行討論分析。其他加工方法應(yīng)用已比較普遍，不再贅述。

（1）數(shù)學(xué)模型分析。圖2所示為各個加工狀態(tài)下的示意圖：工件裝夾初始位置，加工初始位置，加工終點(diǎn)位置。其中，O點(diǎn)為工作臺的中心位置，A點(diǎn)為加工的起始位置，B點(diǎn)為終止位置，C點(diǎn)為圓弧的初始位置。

把X、Z零點(diǎn)設(shè)置在工作臺中心位置，Y向零點(diǎn)設(shè)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(fù)，直至加工到到終點(diǎn)位置。

（2）宏程序編制

先對各參數(shù)賦值，然后依據(jù)弧面中心的坐標(biāo)數(shù)值，對其所在的象限進(jìn)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(diǎn)位置）連線與Z+之間的夾角。最后，進(jìn)入加工階段，開始按宏程序進(jìn)行往復(fù)加工。

圖 2

圖3 程序邏輯控制圖

宏程序采用西門子系統(tǒng)指令進(jìn)行編制計算，零點(diǎn)在工作臺中心，Y向零點(diǎn)在工件的上表面，工作臺每轉(zhuǎn)0.5°，沿母線進(jìn)給一次，需步進(jìn)36次。經(jīng)過計算，加工殘余高度為0.007 1mm，滿足技術(shù)要求。程序請掃描圖4所示的二維碼進(jìn)行閱讀。

在ZOX平面內(nèi)進(jìn)行角度計算，Z為橫軸，X為縱軸；注意工作臺的旋轉(zhuǎn)時，順時針為正，而坐標(biāo)系逆時針旋轉(zhuǎn)為正；圓弧初始位置坐標(biāo)值，通過對刀確定；工作臺的中心坐標(biāo)，建議使用基準(zhǔn)塊進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣有利于減少零件的加工誤差。

（3）在Vericut軟件中對宏程序進(jìn)行驗證。在仿真軟件中對宏程序進(jìn)行仿真模擬，效果如圖5所示。

2.結(jié)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(shù)學(xué)模型，編寫了通用的全參數(shù)化往復(fù)加工宏程序，針對不同的弧面，具有很好的適應(yīng)性。經(jīng)實(shí)際加工驗證，相比傳統(tǒng)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(wěn)，加工品質(zhì)得到很大程度提升。

圖 5