□ 王 增 □ 宋尊師

1.中國(guó)人民解放軍92635部隊(duì) 山東青島 266000 2.海軍航空大學(xué) 山東煙臺(tái) 264001

1 刀具及量具準(zhǔn)備

在選擇刀具時(shí),應(yīng)當(dāng)根據(jù)被切削材料的性質(zhì)來(lái)確定刀具的材料。對(duì)于量具,應(yīng)優(yōu)先選用精度高、讀數(shù)方便的量具,如數(shù)顯型量具等。45°分模面O 形橡膠密封圈模具品種多樣,不同尺寸的模具,型腔的位置有所不同,所以在使用專(zhuān)用深度百分表測(cè)量型腔深度時(shí),定位和測(cè)量值的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

刀具及量具準(zhǔn)備如下:外圓車(chē)刀、45°圓弧槽刀、鏜孔車(chē)刀、數(shù)顯游標(biāo)卡尺、專(zhuān)用深度百分表。

2 上模板加工

2.1 圖紙分析

按模具分模面的形式,O形橡膠密封圈可以分為 180°分模面和 45°分模面兩種類(lèi)型。180° 分模面O形橡膠密封圈一般用于靜密封。45°分模面O形橡膠密封圈一般用于動(dòng)密封。45°分模面O形橡膠密封圈模具的設(shè)計(jì)和制造比 180°分模面O形橡膠密封圈模具難度大,筆者通過(guò)實(shí)例來(lái)介紹45°分模面O形橡膠密封圈模具的數(shù)控車(chē)削加工。

模具分為上模板和下模板,模具結(jié)構(gòu)如圖1所示。

▲圖1 模具結(jié)構(gòu)

45°分模面O形橡膠密封圈如圖2所示,上模板加工圖如圖3所示。圖2中,D為45°分模面O形橡膠密封圈內(nèi)徑,d為截面直徑。

▲圖2 45°分模面O形橡膠密封圈▲圖3 上模板加工圖

假設(shè)模具外形已加工完成,以下僅對(duì)型腔加工方法進(jìn)行介紹。在數(shù)控車(chē)削時(shí),因?yàn)檐?chē)刀運(yùn)動(dòng)軌跡是根據(jù)車(chē)床運(yùn)動(dòng)軸坐標(biāo)點(diǎn)的變化而產(chǎn)生的,所以在進(jìn)行數(shù)控編程時(shí),需要車(chē)刀運(yùn)動(dòng)軌跡各個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。實(shí)例中,需要車(chē)刀沿半圓形型腔輪廓切削,才能加工出型腔特征,因此需要使用順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令G02和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令G03。在采用具有刀尖圓弧的車(chē)刀時(shí),使用刀具半徑左補(bǔ)償指令G41和刀具半徑右補(bǔ)償指令G42。加工型腔時(shí),還需要指定車(chē)刀的參考點(diǎn)和退刀點(diǎn),保證加工的安全性。

▲圖4 上模板加工圖簡(jiǎn)化

通過(guò)以上分析,車(chē)刀運(yùn)動(dòng)軌跡編程思路如下:由退刀點(diǎn)快速移動(dòng)至參考點(diǎn)A;啟用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令G42,并移動(dòng)至圓弧起點(diǎn)B;執(zhí)行圓弧插補(bǔ)指令G02,并移動(dòng)至圓弧終點(diǎn)C;執(zhí)行取消刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令G40,并進(jìn)行直線插補(bǔ)移動(dòng)至參考點(diǎn)A;快速移動(dòng)至退刀點(diǎn)。

2.2 坐標(biāo)點(diǎn)與參數(shù)計(jì)算

對(duì)各變量進(jìn)行定義:Z為45°分模面橡膠密封圈中徑,AX為參考點(diǎn)A的X軸坐標(biāo),AZ為參考點(diǎn)A的Z軸坐標(biāo),BX為圓弧起點(diǎn)B的X軸坐標(biāo),BZ為圓弧起點(diǎn)B的Z軸坐標(biāo),CX為圓弧終點(diǎn)C的X軸坐標(biāo),CZ為圓弧終點(diǎn)C的Z軸坐標(biāo),OX為圓弧中心點(diǎn)O的X軸坐標(biāo),OZ為圓弧中心點(diǎn)O的Z軸坐標(biāo),I為圓弧中心點(diǎn)O相對(duì)于圓弧起點(diǎn)B在X軸方向的坐標(biāo)增量,K為圓弧中心點(diǎn)O相對(duì)于圓弧起點(diǎn)B在Z軸方向的坐標(biāo)增量。

45°分模面O形橡膠密封圈截面直徑d為4.66 mm,中徑Z為63.96 mm,通過(guò)計(jì)算可以得到內(nèi)徑D為59.3 mm。

為防止刀具或機(jī)床損壞,定義參考點(diǎn)A用于觀察車(chē)刀相對(duì)于工件的初始位置。假設(shè)車(chē)刀的圓弧切削刃與工件表面距離為1.2d,那么參考點(diǎn)A的坐標(biāo)為:

圓弧起點(diǎn)B的坐標(biāo)為:

=62.4 mm

圓弧終點(diǎn)C的坐標(biāo)為:

=68.35 mm

圓弧中心點(diǎn)O的坐標(biāo)為:

OX=D+d=63.96 mm

OZ=(R-D-d)/2=10.02 mm

參數(shù)I、K為:

I=(OX-BX)/2=0.78 mm

K=OZ-BZ=-2.2 mm

通過(guò)以上計(jì)算,求出數(shù)控編程時(shí)需要計(jì)算的全部坐標(biāo)點(diǎn)。

2.3 數(shù)控編程

根據(jù)上述圖紙分析及坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算,編寫(xiě)數(shù)控程序1,如下:

N1 G99 G21 //G99為每轉(zhuǎn)進(jìn)給率,G21代表公制輸入

N2 T0303 //使用3號(hào)45°圓弧槽刀,并啟用3號(hào)刀具補(bǔ)償

N3 M03 S10 //主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速為10 r/min

N4 G00 X100.0 Z100.0 //快速移動(dòng)至退刀點(diǎn)

N5 G00 X71.87 Z13.97 //快速移動(dòng)至參考點(diǎn)A

N6 G42 G01 X62.4 Z12.22 F1.0 //啟用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償,移動(dòng)至圓弧起點(diǎn)B

N7 G02 X68.35 Z9.24 I0.78 K-2.2 F0.2 //執(zhí)行圓弧插補(bǔ)指令G02,移動(dòng)至圓弧終點(diǎn)C

N8 G40 G01 X71.87 Z13.97 F1.0 //取消刀尖圓弧半徑補(bǔ)償,并直線插補(bǔ)移動(dòng)至參考點(diǎn)A

N9 G00 Z100.0 //快速移動(dòng)至退刀點(diǎn)

N10 M30 //程序結(jié)束

2.4 機(jī)床準(zhǔn)備

實(shí)例中使用CAK50135Di型數(shù)控車(chē)床、發(fā)那科 0iT數(shù)控系統(tǒng),四工位前置刀架,采用直徑編程方式。

將車(chē)刀安裝至刀架上,并按照刀具清單中的車(chē)刀信息輸入至機(jī)床對(duì)應(yīng)的參數(shù)中,刀具清單見(jiàn)表1。

表1 刀具清單

將45°圓弧槽刀分別裝夾至刀架的3號(hào)位和4號(hào)位,45°圓弧槽刀與刀架外緣角度為135°。刀具裝夾如圖5所示。實(shí)際加工中,應(yīng)考慮車(chē)刀的伸出長(zhǎng)度,防止切削時(shí)車(chē)刀與工件產(chǎn)生干涉。

▲圖5 刀具裝夾

將刀具清單中刀號(hào)為3和4的刀尖圓弧半徑補(bǔ)償及刀位點(diǎn)分別輸入至數(shù)控系統(tǒng),刀具補(bǔ)正和幾何界面如圖6所示。圖6中,r為刀尖圓弧半徑補(bǔ)償，T為刀位點(diǎn)。

▲圖6 刀具補(bǔ)正和幾何界面

3號(hào)45°圓弧槽刀使用試切法對(duì)刀后,在刀具補(bǔ)正和幾何界面中的值X為100.0 mm,Z為200.0 mm。X軸最終刀具補(bǔ)償值為98 mm,Z軸最終刀具補(bǔ)償值為199 mm。

在車(chē)削時(shí),如果直接運(yùn)行數(shù)控程序1,將會(huì)導(dǎo)致車(chē)刀損壞。為解決這一問(wèn)題,可以通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)刀具補(bǔ)正和磨耗中的X、Z參數(shù)設(shè)置來(lái)限制每次車(chē)削的吃刀量,實(shí)現(xiàn)對(duì)型腔的分層車(chē)削,控制型腔余量,保證型腔精度的可控性,有效延長(zhǎng)刀具的使用壽命,降低模具的加工成本。

型腔X軸直徑余量Xm為:

型腔Z軸長(zhǎng)度余量Zm為:

計(jì)算后將Xm、Zm分別輸入刀具補(bǔ)正和磨耗界面,如圖7所示。

▲圖7 刀具補(bǔ)正和磨耗界面

2.5 加工過(guò)程

為保證型腔的精度,需要在車(chē)削后對(duì)小口參數(shù)和型腔深度進(jìn)行測(cè)量,然后將測(cè)量值與理論值進(jìn)行補(bǔ)差比較,通過(guò)誤差分析,調(diào)整刀具的磨耗補(bǔ)償,再次進(jìn)行車(chē)削,這樣才能達(dá)到所需尺寸。

當(dāng)?shù)毒吣ズ恼{(diào)整至X為0.5 mm,Z為0.25 mm時(shí)車(chē)削型腔,測(cè)得當(dāng)前小口參數(shù)為60.704 mm,當(dāng)前型腔深度為1.977 mm。

未補(bǔ)差小口理論參數(shù)J為:

當(dāng)前型腔理論深度Sd為:

模具制作時(shí),直徑為4.65 mm時(shí)余量測(cè)量補(bǔ)差對(duì)應(yīng)表見(jiàn)表2。由表2可知,當(dāng)d為4.66 mm,刀具磨耗X為0.5 mm時(shí),差值為0.038mm,補(bǔ)差后小口參數(shù)P為60.703 mm。

表2 直徑為4.65 mm時(shí)余量測(cè)量補(bǔ)差對(duì)應(yīng)表 mm

對(duì)當(dāng)前小口參數(shù)與補(bǔ)差后小口參數(shù)進(jìn)行比較,誤差為0.001 mm,對(duì)當(dāng)前型腔深度與當(dāng)前型腔理論深度進(jìn)行比較,誤差也為0.001 mm,結(jié)論為當(dāng)前模具型腔尺寸和型腔深度在公差要求范圍內(nèi),可以繼續(xù)調(diào)整圖7中X、Z進(jìn)行車(chē)削,直至尺寸滿足要求。在調(diào)整時(shí),如果測(cè)量所得的尺寸與所需尺寸有誤差,那么需要同時(shí)調(diào)整刀具磨耗X、Z并校對(duì)尺寸。

3 下模板加工

在下模板加工中,對(duì)刀方法、刀具補(bǔ)正和幾何、刀具補(bǔ)正和磨耗、坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算、補(bǔ)差與上模板加工基本相似,因此只介紹不同之處。

3.1 圖紙分析

下模板加工圖如圖8所示,下模板加工圖簡(jiǎn)化如圖9所示。圖9中,Q為大口參數(shù)。下模板的各坐標(biāo)與上模板一致。

▲圖8 下模板加工圖

▲圖9 下模板加工圖簡(jiǎn)化

3.2 坐標(biāo)點(diǎn)與參數(shù)計(jì)算

參考點(diǎn)A的坐標(biāo)為:

=-6.07 mm

圓弧起點(diǎn)B的坐標(biāo)為:

=59.57 mm

圓弧終點(diǎn)C的坐標(biāo)為:

=65.52 mm

圓弧中心點(diǎn)O的坐標(biāo)為:

OX=D+d=63.96 mm

OZ=(R-D-d)/2=10.02 mm

參數(shù)I、K為:

I=|OZ-BZ|=2.2 mm

K=(OX-BX)/2=0.78 mm

3.3 數(shù)控編程

根據(jù)上述圖紙分析和坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算，編寫(xiě)數(shù)控程序2,如下:

N1 G99 G21 //G99為每轉(zhuǎn)進(jìn)給率,G21代表公制輸入

N2 T0404 //使用4號(hào)45°圓弧槽刀,并啟用4號(hào)刀具補(bǔ)償

N3 M03 S10 //主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速為10 r/min

N4 G00 X56.05 //快速移動(dòng)至參考點(diǎn)A

N5 Z-6.07 //快速移動(dòng)至參考點(diǎn)A

N6 G42 G01 X59.57 Z-10.8 F1.0 //啟用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償,移動(dòng)至圓弧起點(diǎn)B

N7 G02 X65.52 Z-7.82 I2.2 K0.78 F0.2 //執(zhí)行圓弧插補(bǔ)指令G02,移動(dòng)至圓弧終點(diǎn)C

N8 G40 G01 X56.05 Z-6.07 F1.0 //取消刀尖圓弧半徑補(bǔ)償,并直線插補(bǔ)移動(dòng)至參考點(diǎn)A

N9 G00 Z100.0 //快速移動(dòng)至退刀點(diǎn)

N10 M30 //程序結(jié)束

3.4 機(jī)床準(zhǔn)備

安裝刀具、對(duì)刀、刀具補(bǔ)正和幾何設(shè)置的方法與上模板一致。

Xm、Zm分別為:

將Xm、Zm分別輸入刀具補(bǔ)正和磨耗界面。

3.5 加工過(guò)程

下模板加工過(guò)程中所測(cè)量的位置與上模板加工有所不同,下模板需要測(cè)量大口參數(shù),補(bǔ)差計(jì)算方式、刀具補(bǔ)正和磨耗調(diào)整方法、誤差調(diào)整方法則與上模板加工一致。

當(dāng)?shù)毒吣ズ恼{(diào)整至X為-0.5 mm,Z為0.25 mm時(shí)車(chē)削型腔,測(cè)得當(dāng)前大口參數(shù)為67.226 mm,當(dāng)前型腔深度為1.977 mm。

未補(bǔ)差大口的理論直徑Jd為:

當(dāng)前型腔理論深度Sd為:

由表2可知,補(bǔ)差后大口參數(shù)為67.227 mm。對(duì)當(dāng)前大口參數(shù)與補(bǔ)差后大口參數(shù)進(jìn)行比較,兩者誤差為0.001 mm,對(duì)當(dāng)前型腔深度與當(dāng)前型腔理論深度進(jìn)行比較,誤差也為0.001 mm。結(jié)論為當(dāng)前模具型腔尺寸和型腔深度在公差要求范圍內(nèi),可以繼續(xù)調(diào)整圖7中X、Z進(jìn)行車(chē)削,直至尺寸滿足要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐證明,使用筆者所介紹的45°分模面O形橡膠密封圈模具數(shù)控車(chē)削加工方法,在生產(chǎn)各種規(guī)格 45°分模面O形橡膠密封圈模具時(shí),制造方便,效率高,尺寸精確,模具定位精度與合模精度高。型腔加工所使用的圓弧刀具通用性強(qiáng),可以降低生產(chǎn)成本。這一加工方法還可以加工各類(lèi)合模精度要求高的組合模具,生產(chǎn)出的密封圈密封效果好,有一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。