一、凹圓弧加工方法

在普通車床的車削加工中，凹圓弧表面的車削通常是采用手工憑經(jīng)驗進行車削的方法來完成，或者用定型車刀進行車削。前者很難保證加工精度;后者對刀具的要求比較高，主要是刀具的形狀需要與工件的形狀完全吻合。對于小批量多規(guī)格的生產(chǎn)，刀具的制造成本相對較高。

隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，對于軸類零件的圓弧形輪廓，人們采用數(shù)控車床對其進行加工，而使用的刀具為普通外圓車刀，取得了一定的效果。用這種加工方法加工的凹圓弧形外廓的走刀軌跡很準確，但其加工的表面位置受到一些限制，加工的表面只能是第二象限的型面(車床只能夠加工第一、二象限的圓弧型面)，如果是跨象限的型面就有可能在第一象限內(nèi)或第二象限內(nèi)受到刀具后角的干涉而產(chǎn)生廢品。

二、實踐中凹圓弧表面加工的兩種問題

比如，我們現(xiàn)在要加工以上零件的表面圓弧，我們按照一般編程方法編程如下(只有圓弧部分)。

N100 M03 S800 T0101;

(1號刀具為圓弧刀具)

N110 G00 X22 Z-16;

(快速接近圓弧起始點)

N120 GO1 X20 Z-16 F200 S500;

(進給到圓弧的起始點)

N130 G02 X20 Z-34 I12 K-9:

(順時針加工圓弧)

N140 G01 X22 Z-34;

(徑向退刀)

1.采用圓弧車刀加工

加工后的零件憑肉眼看，圓弧的輪廓類似于所要求的圓弧，外觀很好。但是用卡尺測量不難發(fā)現(xiàn)，加工出來的圓弧并不能滿足圖紙的設(shè)計要求，圓弧的起點與終點的距離沿Z軸方向總是變大。分析尺寸變大的原因，發(fā)現(xiàn)圓弧刀具與實際工件圓弧面發(fā)生了干涉，從而影響了零件的精度和質(zhì)量。

2.采用尖刀刀具加工

我們將圓弧車刀換成尖刀來加工圓弧，基本能夠達到設(shè)計要求。在精度、刀具強度等各方面條件許可的情況下，確實有一些圓弧面完全可以用尖刀刀具來完成。但是，這種情況是有限制條件的。除了表面粗糙度等各方面的限制外，還有尖刀刀具角度的限制等。故用尖刀刀具加工圓弧時，圓弧的弧度受到一定的限制。簡單地說，一些圓弧用尖刀加工必定發(fā)生干涉。

三、探究用編程方法解決圓弧刀干涉現(xiàn)象

通過實踐我們分析出，采用了在數(shù)控車床上用圓弧車刀對凹圓弧形外廓進行加工，圓弧車刀加工的工件雖然很漂亮但依然存在干涉問題。下面我就具體闡述用編程的方法解決圓弧車刀的干涉問題。

具體分析如下:(還以上述加工為例)如圖所示，假設(shè)所加工的圓弧半徑為R，圓弧刀具半徑為r，因為刀位點(這里指刀具的頂點)總是在刀具圓弧中心軌跡的垂直方向上增大一個r，故在O點的垂直方向上取一點O'，且OO'距離為r。以O(shè)'為圓心，R-r為半徑作一圓弧，我們假設(shè)此圓弧就是刀位點的走刀軌跡。可以證明，刀位點按此圓弧走刀后，切削出來的零件輪廓就是半徑為R的圓弧型面。

證明如下:取刀位點軌跡上的任意一點D，對應(yīng)的刀具圓弧中心點為E。 ∵DE、OO'均為垂直于Z軸的直線∴DE//OO' 又DE=OO'=r∴四邊形OEDO'為平行四邊形∴DO'//EO DO=EO〔平行四邊形對應(yīng)邊平行且相等)∴DO'=EO=R-r故我們假設(shè)的圓弧完全正確，所以，弧ACB與弧A'B'所對應(yīng)的中心角完全相同，半徑分別為R和R-r?；CB就是所需要加工的圓弧型面。3起點與終點的確定從圖中可以看出，刀具圓心起始點在A'點，終點在B'點，故刀具的刀位點的起始點、終點分別為M、N。只要計算出它們分別與A、B的位置關(guān)系以及O'點的坐標就可以編程了。

在圖中有:sin∠AOP=AP/AO=|Xa-XO|/R(Xa、XO為A點和O點的X軸坐標) A'Q=A'Osin∠AOP=(R-r)sin∠AOP=(R-r)

|Xa-XO|/R X'O=XOA'Q=XO(R-r)|Xa-XO|/R Xm=Xa-r=XO(R-r)[|Xa-XO|/R]-r cos∠AOP=OP/AO=|Za-ZO|/R(Za、ZO為A點和O點的Z軸坐標) PQ=AA'cos∠AOP=

|Za-ZO|/R 由此M點的Z軸坐標可以通過A點的坐標與PQ的值計算得到。同理可計算出N點的坐標值。根據(jù)以上的計算結(jié)果，就可以編寫數(shù)控加工程序。

這時選取圓弧刀具半徑為3，根據(jù)半徑R=15及跨距為18，可得Xa=44。M、N點的坐標分別為(18.8，-17.8)、(18.8，-32.2)。最終解決問題程序如下:

N100 M03S800T0202;

(2號刀具為所選圓弧刀具)

N110 G00 G90 X21 Z-17.8;

(快速進給到指定位置)

N120 G01 X18.8 Z-17.8 F100;

(徑向進給圓弧起始點)

N130 G02 X18.8 Z-32.2 R12;

(加工圓弧)

N140 G01 X21 Z-32.2;

(徑向退刀)

零件加工完畢后，經(jīng)過嚴格的檢驗.完全符合設(shè)計尺寸要求。經(jīng)過多次反復(fù)加工試驗，所有產(chǎn)品的圓弧都滿足要求。

四、總結(jié)

通過反復(fù)實踐，證明，利用以上編程的方法可以徹底解決用圓弧刀數(shù)控車削凹圓弧的干涉問題。需要注意的是:圓弧刀具的半徑必須小于所要加工圓弧的曲率半徑;所要加工的圓弧必須是第一、二象限的圓弧。

作者單位:江蘇省泰州市機電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校