(常州劉國鈞高等職業(yè)技術學校,江蘇 常州 213025)
在數(shù)控車溝槽的加工中,使用切槽指令G75進行徑向切削時,切削力大、排屑困難、尺寸難以保證,這些問題不及時處理就會對刀具和機床造成損傷。本文主要研究如何在CAXA數(shù)控車的基礎上修改切槽刀路來改善這些問題[1-3]。
溝槽粗加工時使用編程指令G75,其刀路如圖1所示。
G75的加工方式是徑向切削完一個刀寬的長度,接著退出工件外面,軸向移動一個距離,再進行徑向切削直到加工完畢,這是傳統(tǒng)的槽加工方法,存在如下問題,首先是第一刀切削,刀具的兩個切削刃和刀面都受力,如果槽的位置遠離卡盤且切削量大,則刀具負荷過重,磨損加快,工件也會因此而晃動甚至飛出;其次是刀具為徑向加工,切屑朝著刀具的加工方向排出,沒有空間存放切屑,這會導致切屑纏住刀具和工件表面,損壞刀具和劃傷工件表面;最后是G75的加工方式是單向的,刀具磨損不均[4-5]。
圖1 溝槽粗加工刀路
溝槽精加工時使用直線插補命令G01,其刀路如圖2所示。
使用G01直線插補進行精加工,其加工刀路是先徑向加工槽的一個側(cè)面,接著軸向加工槽的底徑,最后徑向加工槽的另一側(cè)面。這其中存在的問題是最后進行槽的另一側(cè)面加工時,切槽刀是用刀具的側(cè)面加工,該側(cè)面沒有主切削刃鋒利,而且在切削過程中刀具和工件作相互運動,工件的受力方向由刀具的引角(設定為5°)決定,它會產(chǎn)生反作用力,反作用力可分解成水平和垂直的分力,對應數(shù)控車的軸向分力和徑向分力,如圖3所示,這會直接導致工件出現(xiàn)彈性形變,特別是在余量只有幾百微米甚至是幾十微米時,考慮到刀尖圓弧和機床間隙的情況下,刀具會在工件表面產(chǎn)生“滑移”現(xiàn)象,槽的側(cè)面會出現(xiàn)錐度,如果工件材料韌性高,錐度會更明顯,這對于一些精度要求比較高的零件無法保證產(chǎn)品質(zhì)量。
圖2 溝槽精加工刀路
圖3 溝槽精加工的工件受力分析
(1)溝槽傳統(tǒng)粗加工加工缺陷:①第一刀切削力過大;②切削時排屑困難,不利于加工;③刀具切削方向是單向的,刀具磨損不均;④切削速度慢,加工效率低。
(2)溝槽傳統(tǒng)精加工加工缺陷:①加工最后一個側(cè)面時刀背切削,出現(xiàn)錐度;②槽的兩個側(cè)面加工方向不同,尺寸不容易加工到位。
打開CAXA數(shù)控車2013,進行外圓溝槽加工,里面加工方向有兩種,一種是縱深,一種是橫向,CAXA的溝槽加工方向如圖4所示。
圖4 CAXA的溝槽加工方向
縱深切削為之前G75的切削方式,CAXA的溝槽橫向切削刀路如圖5所示。
橫向切削是先徑向切入一個深度,這個深度不能過深,單邊最多為1 mm;接著軸向加工槽;最后加工槽的側(cè)面,然后退刀。
CAXA的這種加工方式也存在一些問題,主要表現(xiàn)在以下兩個方面:①徑向切入時的切削速度和軸向加工的切削速度不一致,但在CAXA里卻是一致的,此問題必須得到解決;②CAXA里軸向加工的方向一直是單向的,這會使刀具磨損不均。
圖5 CAXA的溝槽橫向切削刀路
針對CAXA外圓溝槽加工存在的問題,粗加工刀路優(yōu)化如圖6所示。
圖6 外圓溝槽粗加工刀路優(yōu)化
切槽刀徑向切入一個值(比如0.3),f為0.03;軸向向卡盤方向加工,f為0.1;再切入一個值,f為0.03;軸向遠離卡盤方向加工,f為0.1;直至加工結(jié)束。這樣的加工方式不僅可以解決切削力大、排屑困難的問題,刀具磨損也較均勻,在此基礎上還可以提高轉(zhuǎn)速,使切削力變得更小。此外,也可以提高軸向切削速度。
切槽的精加工刀路問題在CAXA里并沒有改變,尺寸精度還是存在問題,我們對其進行優(yōu)化,如圖7所示。
圖7 外圓溝槽精加工刀路優(yōu)化
對精加工刀路進行分析,刀具首先徑向切削槽的一個側(cè)面,然后進行軸向切削加工槽的底徑,接著斜方向退刀,徑向退刀,軸向進刀,最后徑向切削加工槽的另一側(cè)面。這樣的精加工方式將刀背切削變成了刀刃切削,減少了加工時反作用力的影響,保證了加工精度,平衡了刀具的磨損。
數(shù)控車外圓溝槽的粗精加工刀路優(yōu)化,解決了刀具切槽粗加工時切削力過大、排屑困難等問題,平衡了刀具磨損,而且還可以提高加工的切削速度,提升了加工效率;解決了刀具切槽精加工時無法保證尺寸精度的問題。需要注意的是在粗加工時,軸向切削對刀具的要求較高,刀具的剛性要好。