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討論數(shù)控車(chē)床加工曲面螺紋的辦法
閱讀：142 發(fā)布時(shí)間：2020-8-121.前言
本文以如圖1所示工件為例，介紹FANUC系統(tǒng)宏程序的編程，探討非圓曲面螺紋的加工方法。已知橢圓的長(zhǎng)半軸a=50，短半軸b=20，方程式:小圓直徑為5,深度為1,槽底直徑24,寬10,螺距6。
2..編程思路
非圓曲線的加工很容易，關(guān)鍵是螺紋。曲面螺紋的加工是刀具沿著曲面路徑加工而成。當(dāng)?shù)毒叩那邢髌瘘c(diǎn)有規(guī)律的變化，每次還沿著曲線的軌跡車(chē)螺紋，就形成了曲面異形螺紋。本例橢圓曲面圓弧螺紋的切削起點(diǎn)有規(guī)律的變化(沿著R2. 5小圓的圓周作等步距的變化)，每次螺紋還都走橢圓曲線，終形成橢圓面上圓弧螺紋，所以編程的關(guān)鍵是小圓的圓心坐標(biāo)系與橢圓坐標(biāo)系疊加起來(lái)找到與工件坐標(biāo)系的關(guān)系，再計(jì)算出小圓圓心角的變化范圍和橢圓曲線的變化范圍，問(wèn)題就迎刃而解了。
3.圓弧螺紋的切削加工
3.1刀具的選擇
該螺紋如果使用中5的圓弧刀，圓弧刀要磨出一定的螺旋升角，防止刀具的后刀面與工件發(fā)生干涉。螺紋到達(dá)底部時(shí)切削刃與工件接觸過(guò)多，容易引起振動(dòng)，切削高強(qiáng)度材料時(shí)容易崩刀。若使用93“，排屑比較容易，加工牙型表面質(zhì)量比較好，但螺紋曲面要平緩，牙型深度不宜過(guò)深.防止刀具與工件發(fā)生干涉。
3. 2螺紋切削用量的選擇
螺紋切削時(shí)，在考慮刀具的壽命的同時(shí)要保證螺紋質(zhì)量和切削速度，合理的走刀次數(shù)和進(jìn)刀量對(duì)螺紋的質(zhì)量有決定性的影響，圓弧刀轉(zhuǎn)速取200對(duì)min(轉(zhuǎn)速公式N-1200/P-K)，轉(zhuǎn)速可以高一些300r/min，切削深度不宜過(guò)大，進(jìn)給速度為一個(gè)螺距F=6，當(dāng)然轉(zhuǎn)速和吃刀量還要根據(jù)機(jī)床的剛性，刀具的強(qiáng)度和切削材料的強(qiáng)度等具體情況而定。
3. 3螺紋的切削指令選擇
FANUC系統(tǒng)螺紋的加工指令有G32, G92,G76, G35/G36，但對(duì)于非圓曲面螺紋的加工，數(shù)控車(chē)系統(tǒng)沒(méi)有現(xiàn)成的螺紋加工指令，只有利用G32指令結(jié)合非圓曲線輪廓宏程序加工。G32螺紋切削指令格式為:
G32x (U)_ z (w)_ F_ x (U) , z (w)為螺紋切削的終點(diǎn)坐標(biāo)值，F為導(dǎo)程
3. 4編程加工方法
方法一，使用加工圓弧螺紋。
(1)螺紋行程的確定
在數(shù)控加工螺紋時(shí)，由于車(chē)床伺服系統(tǒng)本身有滯后性，在螺紋的起始段和停止段發(fā)生螺距不規(guī)則現(xiàn)象，也就是車(chē)螺紋時(shí)起始時(shí)有一個(gè)加速過(guò)程，結(jié)束時(shí)有一個(gè)減速過(guò)程，所以車(chē)螺紋時(shí)設(shè)置導(dǎo)入量和到處量。如上圖將螺紋進(jìn)，退刀點(diǎn)偏移工件一個(gè)螺距。
(2)小圓圓心角和橢圓起始，終止角的變化范圍
通過(guò)繪圖軟件CAD可以方便標(biāo)出小圓1圓心坐標(biāo)02 (24. 0, 19. 02)，小圓1到9起始和終止角度的變化范圍在[25, 155]之間，(比賽的時(shí)候不需要標(biāo)出小圓的起始和終止角，直接取[0,180]).橢圓曲線的起始角a和終止角R為:a二arccos (24/51. 5) =62. 2 0 R =180- a =117. 7 0
(3)坐標(biāo)系的疊加
工件坐標(biāo)系，橢圓坐標(biāo)系和小圓坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)分別為0, O1和。2(如圖2所示)任意切削點(diǎn)A的確定，在小圓坐標(biāo)系下圓的參數(shù)方程和在橢圓坐標(biāo)系下橢圓的方程分別為:
橢圓中心O1在工件坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為(-18, 0)，所以A在工件坐標(biāo)系下疊加后對(duì)應(yīng)方程為:
Z=2. 5}cos B +51. 5}cos B 1.-18
X=2. 5}cos B +21. 5}sin B 1.
(4)程序的編寫(xiě)
00001
G40G97G99S300M03
T0202(930裝350刀片外圓刀)
GOOZ6. 0
X38. 04
#1二一25
N10#2=2.5}COS[#1](小圓坐標(biāo)系中Z坐標(biāo))
#3=2. 5}SIN [#1](小圓坐標(biāo)系中X坐標(biāo))
GOOX[19.02*2+2}#3]Z[#2+6](螺紋切削起點(diǎn))
#4=62. 2 0(橢圓曲線的起始角度)
N20#5=51.5}COS[#4](橢圓坐標(biāo)系中Z坐標(biāo))
#6=21. 5}SIN [#4](橢圓坐標(biāo)系中X坐標(biāo))
G32X[2.0}#6+2.0}#3]Z[#5+#2一18. 0]F6. 0坐標(biāo)系疊)
#4=#4+2. 0(橢圓遞增步距20)
IF [#4LE117. 7] GOT020(條件判斷2)
GOOX100
Z6. 0
X38. 04
#1=#1-1(小圓弧遞減步距10)
IF[#1 GE-155]GOTO10(條件判斷)
GOOX100
2100
M30
以上程序陰影部分橢圓曲線的程序也可以用橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程編寫(xiě)，值得注意的是橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程和參數(shù)方程編程時(shí)，由于逼近橢圓曲線的方式不同的，為了減少螺紋的誤差，橢圓曲線和螺紋的編程方法要統(tǒng)一。橢圓曲線加工精度與步距有關(guān)，步距越小，橢圓的精度越局。
方法二，使用成型刀加工圓弧螺紋。
(1)宏程序的調(diào)用
功能:當(dāng)G65時(shí)，調(diào)用以地址P的用戶(hù)宏程序，數(shù)據(jù)(自變量)能傳遞到用戶(hù)宏程序中。
格式:G65P (p) L (I)(自變量賦值)
(p)要調(diào)用的程序號(hào)
(I)重復(fù)次數(shù)(省略時(shí)默認(rèn)為1)
(自變量賦值):傳遞到宏程序的數(shù)據(jù)
(2)吃刀量和刀具軌跡
由于使用圓弧刀車(chē)螺紋時(shí)，越靠近底部吃刀刃越寬，切削力越大，也容易振動(dòng)，根據(jù)機(jī)床，刀具的具體情況分配吃刀量，第一刀量可以多一點(diǎn)，刀量少點(diǎn)，刀具的軌跡如圖4所示(O1為螺紋切削起點(diǎn)，圓弧刀對(duì)刀時(shí)Z方向必須是圓弧刀的中心)。
(3)程序的編寫(xiě)
主程序
00003
G40G99G97S200M03
T0303 (} 5圓弧刀)
GOOZ6. 0
X35. 08
G65P0006K0. 4 (K地址對(duì)應(yīng)變量#6)
G65P0006K0. 8
G65P0006K1.1
G65P0006K1.4
G65P0006K1.7
G65P0006K1.9
G65P0006K2.0
GOOX100
2100
M30
子程序
00006
#1=24
N20#2=20/50}SQRT[50.0*50.0-#1}#1]
G32X [2. 0}#2-#6] Z [#1-18. 0] F6. 0
#1=#1-6. 0
IF[#1 GE-24]GOT020
GOOX100
Z6
X35. 08
M99
上面程序也可使用單一循環(huán)修改刀補(bǔ)值的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，在機(jī)床的摩號(hào)中修改每一刀切削深度值，其程序省略。
4.加工辦法對(duì)比和剖析
從以上的加工辦法看，運(yùn)用編程繁瑣，但加工表面質(zhì)量十分好，有必要注意的是牙型深度不宜過(guò)大不然刀具與工件發(fā)作干與。運(yùn)用直徑為5MM的成型刀運(yùn)用單一循環(huán)修正刀補(bǔ)值的辦法編程十分簡(jiǎn)略，在技術(shù)競(jìng)賽中十分實(shí)用，但有一定的局限性，有時(shí)沒(méi)有牙型形狀的刀子。當(dāng)牙型深度過(guò)大乃至大于于小圓半徑時(shí)，有必要挑選小于小圓半徑的圓弧刀，選用的編程辦法，將上述辦法起來(lái)就可以了。
5.結(jié)束語(yǔ)
筆者巧用非圓曲線概括宏程序G32螺紋切削指令的辦法，解決了曲面螺紋編程疑問(wèn)，只需改動(dòng)變量賦值，曲線方程或成型刀的形狀，就能習(xí)慣同類(lèi)零件非圓曲面螺紋的編程與加工，在生產(chǎn)中有著實(shí)際意義。
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