加工中心中球面加工的刀具路徑優(yōu)化
〇引言在實際生產(chǎn)加工中曲面的加工編程往往有自動編程和宏程序 手工編程兩種形式。自動編程常常借助于CAD/CAM軟件，由于 CAD/CAM軟件構(gòu)造曲面的底層數(shù)學(xué)模型所限，也由于CAD/CAM軟 件對曲面生成刀具軌跡的逼近原理所限，在執(zhí)行事實上真正的整圓 或圓弧軌跡時，軟件無法智能地判斷，生成的程序并不是G02/GO3 指令，而是G01逐點逼近形成的圓。如此一來不但生成的程序指令 占據(jù)龐大的空間使得機床反應(yīng)遲鈍，更重要的是由于直線逼近原理 會使在造型期間的計算誤差在加工過程中被放大進而影響工件精 度及表面質(zhì)量。本文以典型外球面的曲面手工編程加工為例詳細(xì)進 行了加工分析，并以實踐方式得以論證。通過詳細(xì)實踐操作、詳細(xì)分 析最終得出加工路徑的合理性對實際加工工件的性能及質(zhì)量的影 響，重要的是加工分析思路，由此可以更大程度影響以后實際加工， 并且對于精工教學(xué)也有很大的指導(dǎo)意義。1外球面加工基本知識1.1球面加工常用刀具的選擇粗加工可以使用鍵槽銑刀或立銑刀，也可以使用球頭銑刀。精 加工應(yīng)使用球頭銑刀。 1.2 球面加工的走刀路線_般使用一系列水平面截球面所形成的同心圓來完成走刀。在 進刀控制上有從上向下進刀和從下向上進刀兩種，一般應(yīng)使用從下 向上進刀來完成加工，此時主要利用銑刀側(cè)刃切削，表面質(zhì)量較好， 端刃磨損較小，同時切削力將刀具向欠切方向推，有利于控制加工 尺寸。1.3 進刀控制算法 1.3.1進刀點的算法 ① 先根據(jù)允許的加工誤差和表面粗糙度，確定合理的Z向進刀 量，再根據(jù)給定加工深度Z,計算加工圓的半徑，即：r=sqrt[R2-z2]。此 算法走刀次數(shù)較多。② 先根據(jù)允許的加工誤差和表面粗糙度，確定兩相鄰進刀點相 對球心的角度增量，再根據(jù)角度計算進刀點的r和Z值，即Z = R*sin0，r=R*cos0。1.3.2進刀軌跡的處理① 對立銑刀加工，曲面加工是刀尖完成的，當(dāng)?shù)都庋貓A弧運動 時，其刀具中心運動軌跡也是_行徑的圓弧，只是位置相差一個刀 具半徑。② 對球頭刀加工，曲面加工是球刃完成的，其刀具中心是球面 的同心球面，半徑相差一個刀具半徑。2加工方案提出及分析2.1方案提出2.1.1 逐層加工法逐層加工法就是應(yīng)用宏程序設(shè)置循環(huán)驅(qū)動銑刀，在同_平面用 GO2/GO3銑削圓臺時Z向保持不變，待X、Y向銑削完成后X、Y向 運動停止后，銑刀再沿著Z軸向上或向下進行插補，待到達(dá)指定值 后再進行第二次循環(huán)，直到整個循環(huán)過程完成。2.1.2 螺旋插補加工法螺旋加工法是指整個銑削過程從下刀開始到終點銑刀沿某一 條特定的螺旋線上升或下降進行插補。整個插補過程Z軸的移動是 伴隨著X、Y的移動而逐步變化的。2.2方案論證與實施 2.2.1 逐層加工法的分析整個加工過程中的刀具路徑是這樣子的：銑刀在程序的控制下 首先以GO1的方式運行到預(yù)想圓的加工起始點，稍作停留，然后再按GO2/GO3的插補方式進行圓弧插補，待整圓加工完成后Z軸以 GO1方式向上或向下運動，到指定之后X、Y軸再按GO1方式運動， 重復(fù)以上步驟直到加工結(jié)束。在整個加工過程中Z軸的運動總是獨立的、不連貫的，在加工 完一層后由于Z軸的遲鈍反應(yīng)及突然加速，機床會發(fā)生顫抖”，而 由此產(chǎn)生的后果往往是致命的，輕的會影響工件精度或表面質(zhì)量， 而重者則會折斷刀具。圖2-1就是逐層加工后的效果仿真放大圖。 實際加工中由于Z和X/Y軸的突然運動對工件的精度及表面質(zhì)量 是顯而易見的。分析上圖所示質(zhì)量問題，造成這樣的后果主要是由于加工中心 的X、Y、Z三軸的運動不協(xié)調(diào)造成的，為了克服圖2-1中的質(zhì)量問題 我們采取了常用的圓弧切入圓弧切出地方法進行加工。即圖2-2 所示的加工方法。在采取了圓弧切入圓弧切出方法后表面質(zhì)量有了明顯改觀，特 別是由于X/Y軸的移動造成的過切現(xiàn)象得到了徹底改善，實際放大 模擬效果如圖2-3。但是從下圖中可以明顯看出由于X、Y、Z三軸 的不協(xié)調(diào)造成的臺階現(xiàn)象還是沒有絲毫改變。2.2.2螺旋插補法分析為了徹底解決以上的現(xiàn)實問題，我們又提出了螺旋插補的加工 方法，如圖2-4加工示意圖所示，銑刀從球體的下端開始沿著一條 螺旋線緩緩上升，在上升的過程中機床的三個坐標(biāo)軸同時運動，相 互協(xié)調(diào)完美結(jié)合。3結(jié)論生產(chǎn)實踐表明靈活安排加工工序，合理設(shè)置刀具加工路徑，在 精工加工中有著重要的意義。它給我們的編程和加工帶來很大的方 便，能大大地提高工件精度、表面質(zhì)量以及工作效率。？本文通過一個簡單的加工實例揭示了機械加工領(lǐng)域發(fā)展前進 的過程，發(fā)現(xiàn)在機械加工領(lǐng)域里學(xué)習(xí)和創(chuàng)新是永無止境的，只要善 于鉆研刻苦努力技術(shù)水平和學(xué)術(shù)理論定能攀上新的臺階。在以后的 工作中我將秉承精益求精的思想，遇見問題要多思考多和別人多探 討，爭取找到最佳解決方案。筆者衷心希望，我國科技界、產(chǎn)業(yè)界和 教育界通力合作，把握好知識經(jīng)濟帶來的難得機遇，迎接競爭全球 化帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為在21世紀(jì)使我國精工技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走向世界 的前列，使我國經(jīng)濟繼續(xù)保持強勁的發(fā)展勢頭而共同努力奮斗！本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明！