基于工件形狀特殊且存在大倒角及大過渡圓弧的加工

趙志彪（天津市天重江天重工有限公司，天津300402）

基于工件形狀特殊且存在大倒角及大過渡圓弧的加工

趙志彪（天津市天重江天重工有限公司，天津300402）

闡述了形狀不規(guī)則的（不能在車床加工的工件）且存在大倒角孔或過渡圓弧的工件在SIEMENS840D數(shù)控落地鏜銑床上的加工，利用SIEMENS840D系統(tǒng)中的R參數(shù)的功能，編寫大倒角和大過渡圓弧加工程序時(shí)的加工思路、刀具的選擇、數(shù)控程序的編制以及應(yīng)注意的問題，該程序的加工使用既可以獲得正確的R 圓弧輪廓形狀和尺寸，又能極大的提高加工生產(chǎn)效率。

大倒角；倒圓??；R參數(shù)；數(shù)學(xué)建模；加工程序

我公司是大型鑄鍛件生產(chǎn)及加工的企業(yè)，經(jīng)常有壓機(jī)的重要部件在我公司加工，而工件的設(shè)計(jì)中，往往存在大倒角及大過渡圓弧，而且所需要加工的大倒角及大過渡圓弧有較高的粗糙度要求Ra≤1.6。如果采用普通機(jī)床、傳統(tǒng)刀具的加工方法，加工難度系數(shù)大，很難保證正確的尺寸、輪廓及粗糙度的要求，且生產(chǎn)效率低；采用數(shù)控編程的加工方法，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的輪廓，加工后拋光打磨即可達(dá)到圖紙要求的理想倒角或過渡圓弧。

我公司有一臺(tái)齊二機(jī)床廠的TK6926數(shù)控落地鏜銑，設(shè)備主要參數(shù)如下：

數(shù)控系統(tǒng)：SIEMENS840D數(shù)控系統(tǒng)

主軸直徑：260mm

滑枕（W）行程：1500mm

主軸（Z）行程：1500mm

橫向（X）軸行程：14000mm

縱向（Y）軸行程：6000mm

1 大倒角的加工方案研究

1.1 加工刀具的選擇

我公司生產(chǎn)的上橫梁，存在如“圖一”所示的大倒角。

加工此倒角，理論上應(yīng)該用可轉(zhuǎn)位盤形銑刀，刀片是圓弧形狀的，在切削過程中圓弧面與直面之間的切削，切削時(shí)接觸面積大，可少次進(jìn)刀即可達(dá)到理想的加工效果；刀具直徑315mm，刀具圓弧為R8。

在我分廠現(xiàn)在沒有可轉(zhuǎn)位盤形銑刀故，在加工前可用普通合金切刀，刀具磨成如圖二所示半圓弧形狀，夾在刀盤上，實(shí)測刀體半徑和刀具圓角半徑，同樣可以達(dá)到理想效果，只是加工效率偏低，現(xiàn)在以圖二的刀具為準(zhǔn)，確定工件加工方案。

該倒角的加工利用數(shù)控機(jī)床的三軸聯(lián)動(dòng)功能，編程的零點(diǎn)以及刀具的零點(diǎn)設(shè)置的是否合理直接影響著刀具在加工過程中的進(jìn)刀、退刀的方便性。因此，孔端面為編程的XY 平面，X、Y零點(diǎn)為孔的中心位置，Z軸為加工深度為進(jìn)給方向；在Z 軸方向?qū)Φ稌r(shí)，刀盤的刀片接觸到孔端面設(shè)為Z軸坐標(biāo)零點(diǎn)。

1.2 R參數(shù)的定義及數(shù)學(xué)建模

“圖二”所示為編程零點(diǎn)及工件切入和切出位置。

1.2.1 R參數(shù)的設(shè)定及解釋

R1 倒角的角度

R2 倒角的深度

R3 孔半徑

R4 刀盤半徑-刀片圓角半徑

R5 刀片圓角半徑

R6 X 軸方向上，刀具中心到編程零點(diǎn)的距離R7 Z 軸方向上，刀具中心到編程零點(diǎn)的距離R8 每次X向的進(jìn)刀量

1.2.2 數(shù)學(xué)建模

本程序的編寫方法是通過分析刀具在加工過程中的刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，計(jì)算分析找到“圖三”中刀具中心點(diǎn)（ A 點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)律，來加以編程；A 點(diǎn)為刀具中心點(diǎn)，是相對編程零點(diǎn)在X 和Z 軸上的坐標(biāo)為（ R6，R7）位置點(diǎn)。

其坐標(biāo)為（ R6，R7）位置點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型如下：R6= R3+R2*TAN（R1）-R5*COS（R1）-R4-R8

R7=-R5+R5*SIN（R1）-R8/TAN（R1）

1.3 加工程序及部分程序解釋

R1=28（倒角角度）

R2=80

R3=655（孔半徑）

R4=137.5（除去刀具圓角的刀體半徑）

R5=8（刀具半徑）

R8=0（Z方向上每次進(jìn)刀深度）

R6= R3+R2*TAN（R1）-R5*COS（R1）-R4-R8TAN（R1）

R7=-R5+R5*SIN（R1）-R8

N05 M31 M33 M35

N10 G00 G90 G54

N15 G00 X0 Y0 Z50

N20 M42 M3 S400 F2000

N25 G01 X=-R6 Y0 Z=R7（刀具走到倒角起始加工位置）

N30 G02 X=-R6 I=R6（沿著孔壁旋轉(zhuǎn)一周加工）

N35 R8=R8+1（給R8賦值，每次加工完一整圈后Z軸方向上進(jìn)給1mm）

N40 IF（R8＜=80）GOTO N25（如果進(jìn)給深度小于等于80mm時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)到N25程序段，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)程序，共執(zhí)行81次）

N45 G00 X0 YO（加工完成返回編程零點(diǎn)）

N 50 Z50

N 55 M 30（程序結(jié)束）

2 大過渡圓弧的加工方案研究

大過渡圓角如“圖四”所示，加工刀具仍為直徑315mm，刀具圓弧為R8；編程零點(diǎn)如“圖二”所示；工件切入和切出位置為圓弧與直線的切點(diǎn)。

2.1 數(shù)學(xué)建模

計(jì)算分析找到“圖五”中刀具中心點(diǎn)（ A 點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)律，來加以編程；A 點(diǎn)為刀具中心點(diǎn)，是相對編程零點(diǎn)在X 和Z 軸上的坐標(biāo)為（ R6，R7）位置點(diǎn)。

其坐標(biāo)為（ R6，R7）位置點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型如下：

R6= R3+ R2-（R2+ R5）* SIN（ R1）- R4

R7=（R5+R2）*COS（R1）-R2

2.2 加工程序及部分程序解釋

R1=0（每次以角度的形式進(jìn)刀）

R2=80（倒角半徑）

R3=655（孔半徑）

R4=137.5（除去刀具圓角的刀體半徑）

R5=8（刀具半徑）

R6=R3+ R2-（R2+ R5）* SIN（ R1）- R4

R7=（R5+R2）*COS（R1）-R2

N05 M31 M33 M35

N10 G00 G90 G54

N15 G00 X0 Y0 Z50

N20 M42 M3 S400 F2000

N25 G01X=-R6 Y0 Z=R7（刀具走到倒角起始加工位置）

N30 G02X=-R6 I=R6（沿著孔壁旋轉(zhuǎn)一周加工）

N35 R1=R1+1（給R1賦值，每次加工完一整圈后角度增加1°，控制進(jìn)給）

N40 IF（R1＜=90） GOTO N25（如果進(jìn)給角度小于等于90°時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)到N25程序段，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)程序，共執(zhí)行91次）

N45 G00 X0 YO（加工完成返回編程零點(diǎn)）

N50 Z50

N55 M30（程序結(jié)束）

3 總結(jié)

以上所介紹的大倒角及大過渡圓弧的加工思路以及數(shù)控加工的編寫，使我分廠先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床得到了很好的應(yīng)用，充分體現(xiàn)先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床和合理的數(shù)控刀具選擇，所帶來生產(chǎn)上的高效率，由于在實(shí)際加工過程中，沒有理論刀具，可以根據(jù)實(shí)際加工需要，自制合理的刀具，同樣可以達(dá)到理想的加工效果。

［1]梁炳文.機(jī)械加工工藝與訣竅精選［M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］Sinumerik 840D基礎(chǔ)編程手冊［K].

［3]《機(jī)械加工工藝手冊》［K].機(jī)械工業(yè)出版社；第1版（2003年1月1日）.

趙志彪（1985—），男，本科，工程師，研究方向：數(shù)控機(jī)床大圓角及倒角的加工。