高速高精度扩孔的NC刀具轨迹设计
1 前言
箱体是一种常见的加工对象,它的结构形状比较复杂,在箱体上有各种轴承支撑孔和紧固孔,而这些孔的精度与粗糙度又要求较高,所以,通常都是用数控机床来加工。如何设计孔加工的NC刀具轨迹,既可以保证加工的精度又能提高加工效率,是实际工作中经常要碰到的问题。 此处谈到的扩孔是指所有大径孔的加工,分为有无预制孔、是否为通孔等多种情况,其数控机床刀具的加工轨迹设计十分复杂。笔者对刀具参数、孔的形状进行了研究,提出了一种高速、高精度扩孔的NC刀具轨迹设计方法。
2 螺旋扩孔加工
用铣削等方法扩孔加工可以分为三个阶段:导入、加工和退刀。 目前扩孔常用的方法是一层一层加工,即刀具先向下切削导入到一定的深度,再向外扩孔,达到需要的孔径后,刀具退出,一层加工完毕。然后再重复上述动作加工第二层,直到孔加工完成,这实际上是2.5轴加工。这种加工不但费时,精度也难以保证。另外一种方法是从内向外加工,即从zui上面开始,螺旋向下加工完中间的小孔,然后退回上面起始点再向外扩孔,直到孔加工完成。这种螺旋扩孔加工是一种三轴联动的铣孔,它具有加工质量好、加工效率高等优点,但刀具轨迹设计比较困难。现介绍如下:①由刀具半径R和用户设定的加工重叠率k=(R-r1)/R,确定*次加工的刀具中心运动半径r1=(1-k)R(加工重叠率k决定加工重叠区域,见图1);②刀具由圆心沿半径r1/2的小半圆螺旋线导入,深度为P/4。其中螺距P=H/(N+0.25),H为孔的深度,N为螺旋圈数;③刀具以半径r1、螺距P进行螺旋扩孔加工N圈;④刀具绕半径r1圆周走一圈,将底部加工干净;⑤刀具沿半径r1/2的小半圆弧退出加工面,回到圆心;⑥刀具沿轴心线由孔底部回到孔的上部,见图2a。 当{孔的半径>[刀具半径×(2-k)]}时,还需进行第二次扩孔,方法与前面一样,只是第二次加工的刀具运动半径为r2= r1* 2R(1-k)。 同理,当{孔的半径>n[刀具半径×(2-k)]}时,需要进行n+1次扩孔,方法与前面一样,第n次加工的刀具运动半径为rn=rn-1+2R(1-k),式中n为正整数见图2b。 下面为刀具轨迹相关部分的G 代码: 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 在有预制孔的时候,以预制孔的半径代替r1即可。
图3 螺旋扩孔加工实例 |
3 通孔加工的退刀问题
上节介绍的为盲孔加工,刀具在底部要沿圆周走一圈,以保证加工精度。如果是通孔时,可以根据加工参数来判断是否要走这一圈。加工通孔时要设定刀具的切出长度,当切出长度小于螺旋加工的螺距时,一定要走一圈,否则会产生孔壁的漏切:当刀具的切出长度大于螺距时,zui后一圈可以省略不走,直接沿小半圆弧退出即可。这样可以在不降低加工精度的情况下,节省加工时间,提高加工效率。 4 结束语
该刀具轨迹设计方法已成功地用于生产加工,精度及效率均有明显提高。如传统的一层一层扩孔,用R=30mm的刀具,加工一直径为Ø150mm、深200mm 的孔时,需用19.5min,改用本文的方法仅用时10.2min。图3为采用螺旋扩孔加工的示例,经过三次扩孔,其中r1=15mm、r2=36mm、r3=60mm。 同时,传统的一层一层加工,刀具要常常退出和导入,产生停顿,影响孔面加工质量。而采用螺旋扩孔加工时,zui外一层是一次加工完成,没有停顿,可以提高加工表面质量。稍加改动本方法还可以用于型腔加工。 通过与企业的多年合作,发现像这类生产中亟需解决的技术问题还很多,它在一定程度上制约了我国机械加工水平的提高。今后我们还将继续从事与生产实践密切相关的技术研究,希望能为国家机械工业的发展出一份力。
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