李云
徐工消防安全裝備有限公司 江蘇徐州 221000
隨著工程機械產(chǎn)品性能的日益完善,工程機械產(chǎn)品向著輕量化、智能化方向發(fā)展。輕量化的產(chǎn)品不僅能夠降低工程機械的能耗,還能提升作業(yè)性能。為了減輕產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件質(zhì)量,在結(jié)構(gòu)件的設(shè)計過程中,經(jīng)常采用薄鋼板與厚鋼板對接焊的方法,這樣不僅滿足了結(jié)構(gòu)件的強度要求,還降低了其整體質(zhì)量。采用這種焊接方式需要在鋼板上加工過渡坡口,本文就高強度鋼板過渡坡口的加工工藝展開研究,通過使用多種方法加工該類型坡口,為加工其他同類型工件提供參考依據(jù)。
圖1為一種舉高噴射類消防車臂架結(jié)構(gòu)上的側(cè)板,材質(zhì)為Q890D高強鋼。工件邊緣是一個由15°坡口及30°坡口組成的過渡坡口,該坡口無法直接使用等離子切割機氣割成形,現(xiàn)場使用立式加工中心進行加工。
加工設(shè)備為友嘉VB-715A三軸立式加工中心,工作臺尺寸為1600mm×715mm,數(shù)控系統(tǒng)為FANUC 0i-MF,刀具為山特維克可樂滿R390型φ40mm玉米銑刀(見圖2)。
工件在機床工作臺上的裝夾方式及工件坐標系的位置如圖3所示,為保證過渡坡口的鈍邊與機床的X軸平行,使用壓板將工件壓緊。
圖1 舉高噴射類消防車臂架結(jié)構(gòu)上的側(cè)板
圖2 山特維克可樂滿R390型φ40mm玉米銑刀
圖3 工件的裝夾方式及工件坐標系的位置
根據(jù)圖1中的A-A剖視圖,將過渡坡口的角度、板厚和坡口長度等參數(shù)設(shè)置成變量(見圖4),使用宏程序編程進行加工,這樣就提高了程序的通用性,可以加工不同板厚及不同角度的過渡坡口。
圖4 宏程序中的變量示意
使用可編程參數(shù)輸入幾何補償?shù)募记杉庸ぴ撨^渡坡口??删幊虆?shù)輸入幾何補償?shù)闹噶畲a為G10 L12 P_ R_,其中P是刀號,R是刀具補償值(使用G90絕對值編程模式,此處R為刀具半徑值)。
程序代碼如下:
T1M06
#1=37
#2=6
#3=30
#4=15
#5=15(鋼板厚度)
#6=600(過渡坡口的長度)
#8=20(刀具半徑)
#10=0.2(#4坡口的每層切削深度)
#11=20(刀具半徑)
#12=#2*TAN[#3]
#13=0.1(#3坡口的每層切削深度)
G0G54X0Y0
G0Z100
M03S800
M08
N10G0G40X-60Y0
G0Z#5
G10L12P1R#8
G0G40X-60Y0
G0G42Y#1D1F500
G01X#6F500
G00G40Z100
#5=#5-#10
#9=#10/TAN[#4]
#8=#8+#9
IF[#5GE#2]GOTO10
N20G0G40X-100Y0
G0Z#2
G10L12P2R#11
G0G40X-60Y0
G0G42Y#12D2F500
G01X#6F500
G00G40Z100
#2=#2-#13
#14=#13*TAN[#3]
#11=#11+#14
IF[#2GE0]GOTO20
G0Z200
M05
M30
使用該程序,在刀具允許的范圍內(nèi),可以加工不同板厚的任意角度組合的過渡坡口,操作工只需要根據(jù)圖樣,更改程序開頭的變量即可。該程序?qū)⒌毒甙霃皆O(shè)為一個變量,該變量的初始值為真實的刀具半徑數(shù)值,加工過程中每往下切削一層,刀具半徑數(shù)值就會相應(yīng)發(fā)生變化,并使用G10L12的代碼將刀具半徑值寫入機床的刀補寄存器。一般情況下,對于較平緩的坡口,每層的切削深度應(yīng)盡量設(shè)置得小一些;對于較陡峭的坡口,每層的切削深度可以盡量設(shè)置得大一些,這樣能夠在提升工件表面質(zhì)量的同時兼顧加工效率。使用VERICUT軟件對程序進行校驗(見圖5),并檢查工件最終加工完成的形狀(見圖6),說明程序準確無誤。
圖5 使用VERICUT軟件校驗程序
圖6 使用VERICUT軟件檢查工件最終加工完成的形狀
除了使用上述宏程序編程的方法以外,該工件還可以使用NX軟件進行自動編程。但是自動編程的缺點在于程序的行數(shù)較多,且不便于操作人員現(xiàn)場修改程序,程序的通用性較差,為此針對需要開過渡坡口的不同工件,需要編制多個程序。
該工件的過渡坡口水平方向最大長度為37mm,使用φ40mm的玉米銑刀加工,可以選擇NX軟件的型腔銑或者等高線精加工的策略進行加工。由于經(jīng)過驗證,使用型腔銑加工策略生成的刀具路徑略顯凌亂,因此使用等高線精加工的策略進行加工。為了避免多次反復(fù)提刀,于是優(yōu)化刀具路徑,在“非切削移動”中設(shè)置區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)移方式為“無”,并設(shè)置轉(zhuǎn)移類型為“直接”;同時設(shè)置切削類型為“混合”。使用等高線精加工策略最終生成的刀具路徑如圖7所示。
圖7 使用等高線精加工策略最終生成的刀具路徑
對兩種編程方法進行比較如下:用宏程序編程的方法生成的程序可以針對不同的過渡坡口進行修改,通用性較強,且程序的行數(shù)較少,但需要計算變量間的三角函數(shù)關(guān)系,編程耗時略長;用NX軟件生成的程序精度較高,編程速度快,但程序的通用性較差,需要針對不同尺寸的過渡坡口進行多次編程。
使用兩種方法生成的程序都加工出了合格成品。除了這兩種方法之外,該工件還可以使用五面體加工中心的BC軸萬向銑頭進行加工,也可以根據(jù)坡口的角度設(shè)計相應(yīng)的夾具進行加工。
本文針對工程機械中常見的鋼板對接過渡坡口,介紹了多種加工方法,并重點對宏程序編程和NX軟件自動編程方法進行了介紹,比較了兩種方法的優(yōu)缺點。其中可編程參數(shù)輸入幾何補償?shù)募记?,以及NX等高線精加工策略中優(yōu)化刀具路徑的相關(guān)技巧,對其他同類型工件的加工具有一定的參考意義。