朱耀華

（中信重工機(jī)械股份有限公司 洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南省洛陽(yáng)市 471039）

軸向法蘭數(shù)控銑削工藝及參數(shù)編程方法研究

朱耀華

（中信重工機(jī)械股份有限公司 洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南省洛陽(yáng)市 471039）

本文針對(duì)軸向法蘭的數(shù)控加工，研究了其參數(shù)化數(shù)控編程方法。①分析了其常規(guī)數(shù)控加工方法的不足，指出采用參數(shù)化數(shù)控編程的必要性；②采用等高銑削的方法，根據(jù)其形狀將加工過(guò)程分為4個(gè)形狀不同的幾何層，然后，詳述不同幾何層參數(shù)化編程的實(shí)現(xiàn)過(guò)程；③比較了參數(shù)化編程方法與傳統(tǒng)數(shù)控加工方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

軸向法蘭；銑削；參數(shù)編程

1 軸向法蘭數(shù)控加工中存在的問(wèn)題

軸向法蘭是大型自磨機(jī)、半自磨機(jī)產(chǎn)品中的一類零件。在一臺(tái)大型磨機(jī)中通常有4～32個(gè)軸向法蘭，且各軸向法蘭的曲面尺寸也不盡相同。軸向法蘭的零件。其中，零件兩端形狀復(fù)雜、精度要求較高，需要數(shù)控加工。軸向法蘭的零件形狀有多種，主要表現(xiàn)為兩端形狀的不同。

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)效率，往往將軸向法蘭零件分配各個(gè)分廠的多臺(tái)數(shù)控機(jī)床加工。這些數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)各不相同，且在實(shí)際加工中各機(jī)床配備的刀具也不相同。這樣，即使加工的零件相同，也必須編寫不同的數(shù)控加工程序，不僅增大了數(shù)控編程的工作量，而且難以保證數(shù)控編程的工作效率與質(zhì)量。

2 軸向法蘭的數(shù)控加工與參數(shù)化編程

2.1 軸向法蘭曲面的工藝分析

軸向法蘭數(shù)控加工時(shí)，工藝上要求端面需留出后續(xù)的加工余量，數(shù)控程序應(yīng)能夠適用多種機(jī)床的加工需要，保證加工質(zhì)量。因此，本文采用參數(shù)化編程，既簡(jiǎn)化編程過(guò)程，又具有廣泛的適應(yīng)性。據(jù)此，本文采用數(shù)控銑削加工該零件曲面，刀具采用平底尖角銑刀、多次分層加工。利用機(jī)床的刀具補(bǔ)償功能，以適應(yīng)不同刀具直徑的加工編程需要；利用相同程序的多次加工技術(shù)，以適應(yīng)粗精加工的需要，提高加工效率；采用等高分層加工刀路，保證每層切削深度一致，保證切削過(guò)程中切削力均勻，為保證最終加工質(zhì)量創(chuàng)造條件。

2.2 軸向法蘭零件參數(shù)化

研究軸向法蘭零件的端部形狀發(fā)現(xiàn)，盡管形狀不同，但其具有高度相似性，可以通過(guò)典型零件的參數(shù)化過(guò)程完成其零件形狀的參數(shù)化表達(dá)。根據(jù)分析結(jié)果，本文將該類零件的幾何形狀以多個(gè)參數(shù)變量表達(dá)，以一種典型產(chǎn)品為例，定義參數(shù)的具體含義如下：

RW=280；軸向法蘭寬度

RT=125；軸向法蘭的厚度（圖紙標(biāo)注厚度）

RMT=2；軸向法蘭中間保留厚度

RDEG=45；坡口角度45°，該值為固定值

RMARG=18；工藝單邊留量

RDEEP=125；Z向深度

RYL=80；Y向缺口長(zhǎng)度

RRAD=50；圓弧半徑

RPDEG=8；斜面角

2.3 軸向法蘭加工刀具路徑的參數(shù)化表達(dá)

選擇刀具為端面立銑刀。確定Z向等高切削，層間距LAY_DIS。

軸向法蘭的加工區(qū)域由五個(gè)平面（2、3、7、8、9），一個(gè)圓柱面（5）及兩個(gè)錐面（4、6）構(gòu)成，如圖 1所示。

圖1 軸向法蘭曲面構(gòu)成圖

加工時(shí)坐標(biāo)系設(shè)定，數(shù)控Z軸作為刀軸方向，便于3周數(shù)控機(jī)床加工，走刀方式按Z向等高層銑方式加工。根據(jù)加工形狀不同，該零件可以分為4個(gè)幾何層，如圖2（a）所示。

圖2 軸向法蘭幾何層

層1：刀具依次經(jīng)過(guò)面2-4-5-6-3，其截面線由直線-曲線-直線-曲線-直線五段線構(gòu)成。如圖2（b）中截面線a所示。第一層段的分界點(diǎn)在圓柱面 5 下沿，分界值 Z=-（RRAD-RRAD sin（RPDEG））。

層2：刀具依次經(jīng)過(guò)面2-4-7-8-9-6-3，其截面線由直線-曲線-直線-直線-直線-曲線-直線七段線構(gòu)成，如圖2（b）中截面b所示。第二層段的分界點(diǎn)在圓錐面的的頂點(diǎn)，分界值Z=-RRAD。

層3：刀具依次經(jīng)過(guò)面2-7-8-9-3，其截面線由5段直線構(gòu)成。如圖2（b）中截面c所示。第一層段的分界點(diǎn)在面2的下沿，在實(shí)際加工生產(chǎn)時(shí)，軸向法蘭的厚度RT需要在一面單向增加15～20mm的余量，故第三層段的分界值為 Z=（RT+RMARG）/TAN（RDEG）。

層4：刀具依次經(jīng)過(guò)面7-8-9，其截面線d由3段直線構(gòu)成。如圖2（b）中截面d所示。第四層段的結(jié)束點(diǎn)Z=RDEEP。

以下以圖2（b）中的截面線a為例，說(shuō)明其參數(shù)化表達(dá)的過(guò)程。

第一段線段為直線，X=|Z|×tan（β）、Z=當(dāng)前切深，β 為斜面斜度。寫成參數(shù)變量形式，起點(diǎn)坐標(biāo)：x=z×tan（RDEG），Y=0；終點(diǎn)：x=z×tan（RDEG），Y=RW-RYL-RDEEP×tan（RPDEG）-RRAD×Tan（（90-RPDEG）/2）。

第二段為截面線a在4、6錐面上的軌跡，是一個(gè)焦點(diǎn)在X軸上雙曲線，雙曲線標(biāo)準(zhǔn)方程為：

由上式可得截面的雙曲線方程為：

式中：tanα=b/a（α為錐面半錐角），b為雙曲線頂點(diǎn)的x坐標(biāo)，b=z/tan（α）。其計(jì)算過(guò)程如圖3所示。

圖3 雙曲線截面計(jì)算示意圖

以Y為自變量，每次Y增加固定步距計(jì)算X值，起始點(diǎn)y=0，終止點(diǎn)Y=SQRT（RRAD2-z2）。此時(shí)圓錐面的頂點(diǎn)在原坐標(biāo)系的坐標(biāo)值為：X=RRAD/Tan （RDEG）+RMT/2，Y=RW-RYL-RDEEP*Tan （RPDEG）-RRAD*Tan（（90-RPDEG）/2），Z=-RRAD。之后通過(guò)坐標(biāo)變換求得在原坐標(biāo)系中各點(diǎn)的坐標(biāo)。

第三段為直線端，起點(diǎn)坐標(biāo)為第二段的終點(diǎn)坐標(biāo)。此線段終點(diǎn)的坐標(biāo)和起點(diǎn)的坐標(biāo)的Y、Z值相同，X值符號(hào)相反。

第四段、第五段分別與第二段、第三段對(duì)稱，不再另行分析。

按此方法可依次計(jì)算b、c、d各截面線內(nèi)各條直線段、雙曲線段的參數(shù)化坐標(biāo)值。

2.4 軸向法蘭的數(shù)控加工

加工時(shí)按照Z(yǔ)向，自高向低逐步加工。編程時(shí)依據(jù)上文中獲得的參數(shù)化坐標(biāo)值編制參數(shù)化代碼，并使用刀具半徑補(bǔ)償指令（G41、G42），以方便現(xiàn)場(chǎng)操作人員根據(jù)刀具直徑進(jìn)行調(diào)整。如果工件在數(shù)控龍門銑上用直角銑頭附件加工時(shí)，可以在程序頭加上ROT，MIRROR等Fram指令以適應(yīng)機(jī)床。

在加工過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床操作者在加工時(shí)前只需調(diào)用編寫好的子程序 ZXFL（） 并按圖紙?zhí)钊刖艂€(gè)數(shù)據(jù) RW、RT、RMT、RDEG、RMARG、RDEEP、RYL、RRAD、RPDEG，就可以實(shí)現(xiàn)都中相似零件的加工。通過(guò)更改LAY_DIS可以控制加工的效率和表面質(zhì)量。通過(guò)刀具半徑補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置可以靈活的使用刀具。配合Fram指令就可以在臥式數(shù)控鏜銑床和數(shù)控龍門銑之間任意安排。采用這一個(gè)程序基本上就可解決我公司絕大多數(shù)軸向法蘭的加工問(wèn)題，極大提高了工作效率。

2.5 編程方法的比較

軸向法蘭類零件數(shù)控加工時(shí)，編程方法有三種：手工編程、基于商業(yè)CAD/CAM軟件的自動(dòng)編程和手工參數(shù)化程序編程。手工編程根據(jù)零件形狀、尺寸安排加工策略、計(jì)算刀位點(diǎn)，不僅編程效率低、計(jì)算復(fù)雜，而且通用性差。當(dāng)零件形狀改變或工藝參數(shù)改變時(shí)，程序需要重新編制。

自動(dòng)編程利用成熟的CAD軟件描述零件形狀，給定加工策略，選擇加工刀具及參數(shù)，自動(dòng)生成加工指令。編程效率高，結(jié)果準(zhǔn)確，但程序靈活性差。當(dāng)工藝參數(shù)或零件形狀改變時(shí)，必須重新編程。

與自動(dòng)編程過(guò)程相比，參數(shù)化程序盡管撰寫比較復(fù)雜，但一次編程后即可滿足相似類零件的數(shù)控加工。在加工過(guò)程中，當(dāng)零件尺寸改變時(shí)，或者需要調(diào)整刀具尺寸、切削深度等信息時(shí)，無(wú)需重新數(shù)控編程，只要調(diào)整相關(guān)參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)加工，不僅大大減輕了編程人員的工作量，而且顯著提高了編程效率，更適應(yīng)不斷變化的現(xiàn)場(chǎng)狀況，為加工提供了極大地靈活性。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)軸向法蘭典型結(jié)構(gòu)的參數(shù)化編程，闡述了參數(shù)化編程的主要步驟。對(duì)于軸向法蘭簇類零件，通過(guò)對(duì)其形狀特征的參數(shù)化，刀具軌跡的參數(shù)化表達(dá)，能夠獲得參數(shù)化程序代碼。與自動(dòng)編程相比，參數(shù)化編程具有加工靈活、適應(yīng)性廣的特點(diǎn)。

TG547

A

1004-7344（2016）08-0243-02

2016-3-2