楊省缺

(河北省科技工程學(xué)校,河北保定 071000)

論模具球面加工

楊省缺

(河北省科技工程學(xué)校,河北保定 071000)

本文針對(duì)模具類(lèi)工件的球面加工提出了選用數(shù)控機(jī)床、采用標(biāo)準(zhǔn)刀具、利用宏程序可變量賦值、可循環(huán)、可跳轉(zhuǎn)等功能。選用標(biāo)準(zhǔn)平底及球頭刀具完成各種球面加工,大大降低了生產(chǎn)成本,提高了球面加工精度及效率。

球面加工 宏程序 螺旋運(yùn)動(dòng)加工

球面包括外凸、內(nèi)凹球面，常見(jiàn)于各種模具，無(wú)論是熱鍛模、沖壓模、拉伸模、注塑模均等均屬于常用加工內(nèi)容。其絕大多數(shù)屬于單件、小批量生產(chǎn)類(lèi)型，難以采用專用刀具及專用機(jī)床等方案，通常的加工方法為三維螺旋加工法，在加工中心或數(shù)控銑床上，依據(jù)球體數(shù)學(xué)模型，確定各要素之間的邏輯關(guān)系式，然后給相對(duì)應(yīng)的變量賦值，利用宏程序可變量賦值、可循環(huán)、可跳轉(zhuǎn)等功能，選用球頭銑刀結(jié)合平底銑刀完成球面加工。無(wú)論是加工效率還是加工精度，都堪稱當(dāng)前制造業(yè)最佳方案。本文擬就對(duì)不同層面的球面加工中確定數(shù)學(xué)模型及邏輯關(guān)系、加工工藝及刀具選擇以及各項(xiàng)加工參數(shù)確定、宏程序的編制等問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 數(shù)學(xué)模型及技術(shù)分析

1.1 半球體

1.1.1 凸半球體

如圖1所示，此工件為凸半球體，加工這一球面體時(shí)，可依據(jù)勾股定理建立數(shù)學(xué)模型，確定各要素之間邏輯關(guān)系根據(jù)加工要求設(shè)置變量并給變量賦值。

圖1

如圖1所示各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定及說(shuō)明如下：

其中：

#1=40為球體半徑。

#2=0為Z向以球心為起點(diǎn)的初始值。自下而上加工球體時(shí)為每一次循環(huán)Z向加工向上遞增的變量值，據(jù)加工面精度要求給#2賦值，一般為0.05～0.1mm。

#3=SQRT[#1×#1-#2×#2]為X方向變量值，初始值為#1，依據(jù)上述數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，加工過(guò)程中逐步遞減，當(dāng)#2逐步遞增到40時(shí)#3=0。

1.1.2 凹半球體

如圖2所示，此工件為內(nèi)凹半球體，其數(shù)學(xué)模型、相對(duì)邏輯關(guān)系、變量與賦值，基本參照?qǐng)D1外凸球體，所不同的是所選刀具為球頭銑刀，循環(huán)變量為角度，加工方案自上而下。

如圖3所示各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定及說(shuō)明如下：

#1=40 為球體半徑

#2=6 為球刀半徑

#4=0 為角度變量初始值。自上而下加工球體時(shí)為每一次循環(huán)#4 加上遞增的變量值，根據(jù)加工面精度要求給#4賦值，一般為0.5°左右。

圖2

#5=[#1-#2]×SIN[#4]為加工過(guò)程中球刀刀心軌跡的Z方向變量值，初始值#4=0時(shí)，#5=[#1-#2]×SIN[#4]=0

#6=[#1-#2]×COS[#4]為加工過(guò)程中球刀刀心軌跡的X方向變量值。初始值#4=0時(shí)，#6=[#1-#2]×COS[#4]=#1-#2=34

1.2 球缺

2.1.1 凸球缺

如圖3所示：

#1=40 球體半徑

#2=15 球體Z方向相對(duì)于球心起點(diǎn)，初始值為15

#3=SQRT[#1×#1-#2×#2] 為X向變量值，并依函數(shù)關(guān)系當(dāng)#2逐層遞加時(shí)，#3逐層遞減，當(dāng)#2等于40時(shí)，#3等于零。

2.1.2 凹球缺

如圖4所示：

#1=40 球體半徑

#2=6 球頭刀具半徑

#3=30； 銑削球面的深度賦值

#4=ASIN [[#1-#3]/#1]： 角度變量賦初始值

#5=[#1-#2]×SIN[#4]； 定義球刀刀心軌跡的Z向變量值

#6=[#1-#2]×COS[#4]；定義球刀刀心軌跡的X向變量值

#5、#6分別為球刀刀心Z向、X向變量值，依函數(shù)關(guān)系當(dāng)#4逐層遞加時(shí)，#6逐層遞減，當(dāng)#4等于90時(shí)，#6等于零。

2 加工程序及工藝過(guò)程說(shuō)明

2.1 凸半球體加工程序

O0001(程序名) 已粗加工完畢，自下向上只精加工球體。

N10 G90 M03 S1000；絕對(duì)坐標(biāo)編程，主軸正轉(zhuǎn)每分鐘1000轉(zhuǎn)

N20 G00 G54 X0 YO Z100； 建立坐標(biāo)系，以球心為原點(diǎn)，設(shè)Z軸安全高度100

N30 #1=40； 球面半徑賦值

N40 #2=0； Z向高度起始點(diǎn)賦值

N50 X80； 選用Φ 20立銑刀，X正向快速定位

N60 Z5； Z向快速下刀

N70 G01 Z#2 F50； Z軸下刀至球心，Z向零點(diǎn)位置

N80 G01 X#1 F200；X向切入，初始值為球面半徑值，建刀補(bǔ)

N90 #3=SQRT[#1×#1-#2×#2]； 定義X向變量值

N100 G02 X#3 Z#2 I-#3； 自下而上螺旋加工

N110 #2=#2+0.1； Z向累加遞增賦值，根據(jù)精度要求調(diào)整

N120 IF[#2LE40]GOTO 90 ； 判斷語(yǔ)句當(dāng)#2小于等于40時(shí)，無(wú)條件轉(zhuǎn)移到N90語(yǔ)句循環(huán)加工

N130 G01 XO YO； 結(jié)束循環(huán)

N140 GOO Z100； 抬刀至安全高度

N150 M30； 程序結(jié)束，返回程序頭

注意：對(duì)刀時(shí)注意Z軸零點(diǎn)在圓弧的球心，而不是上表面。N50句的X80與圓弧半徑和刀具半徑有關(guān)。

圖3

圖4

2.2 內(nèi)凹半球體加工程序

O1900(程序名)

N10 G90 M03 S1000； 絕對(duì)坐標(biāo)編程，主軸正轉(zhuǎn)每分鐘1000轉(zhuǎn)

N20 G00 G54 XO YO Z100；建立坐標(biāo)系，以球心為原點(diǎn)，設(shè)Z軸安全高度100

N40 #1=40； 球面半徑賦值

N50 #2=6； 刀具半徑賦值

N60 #4=0； 角度變量初始值

N70 G01 X[#1-#2] YO F200 M08； 移動(dòng)刀具到下刀點(diǎn)

N80 G01 Z#4 F50； 以切削進(jìn)給速度Z軸下刀

N90 #5=[#1-#2]×SIN[#4]； 定義球刀刀心的Z向變量值

N100 #6=[#1-#2]×COS[#4]； 定義球刀刀心的X向變量值

N110 G02 X[#6]YO I[-#6]Z[-#5]； 自上而下螺旋加工

N120 #4=#4+0.5； 變量累加賦值，可根據(jù)精度要求調(diào)整

N130 IF[#4 LF 90] GOTO 90； 判斷語(yǔ)句當(dāng)#4小于90時(shí)，轉(zhuǎn)移到N90語(yǔ)句循環(huán)加工

N140 G01 XO YO； 螺旋加工完畢，為Z向抬刀做準(zhǔn)備，因FANUC系統(tǒng)圓弧插補(bǔ)語(yǔ)句不能快速抬刀

N150 GOO Z100； 快速抬刀

N160 M3O； 程序結(jié)束，返回程序頭

2.3 凸球缺加工程序

可參照凸半球體加工程序?qū)向變量#2的賦值加以修改，如圖3所示：#2=40-25=15，調(diào)整N80句中X#1為X[SQRT[#1×#1-#2×#2]]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文所提供的程序?yàn)槁菪庸ぃ^(guò)程連續(xù)流暢，無(wú)停頓現(xiàn)象，加工精度高。

以上程序均在FANUC 0i系統(tǒng)上運(yùn)行過(guò)，只需做適當(dāng)調(diào)整，即可用于各類(lèi)球面加工。今總結(jié)與此，此期與同行交流。

楊省缺,女,出生于1965年9月18日。籍貫:河北省石家莊市無(wú)極縣,1988年畢業(yè)于河北輕化工學(xué)院機(jī)械系,現(xiàn)于河北保定市河北省科技工程學(xué)校機(jī)械系任教。