基于宏程序的傾斜圓柱凸臺加工工藝改進(jìn)

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序言宏程序因其變量之間可以運(yùn)算，所以可用控制流向的語句去改變程序的方向，程序簡潔，邏輯嚴(yán)密，具有模塊化的資質(zhì)和條件，在有規(guī)律的復(fù)雜輪廓加工中應(yīng)用廣泛。本文介紹運(yùn)用宏程序編程，結(jié)合刀具的改進(jìn)，巧妙解決圓柱銑削清根難題的方法。2

零件結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)零件圖樣如圖1所示，材料為不銹鋼。零件結(jié)構(gòu)為圓柱管與底板斜相交的組合體，底板尺寸11mm×8mm×2mm，圓柱外圓尺寸，內(nèi)孔尺寸φ（6±0.1）mm。圓柱管軸線與底板夾角為60°±0.1°，表面粗糙度值Ra=1.6mm，圓柱與平面相交清根R≤0.2mm。零件采用三軸或五軸機(jī)床擬合加工后都會在圓柱與平面相交處形成殘料，如圖2所示。圖1

零件圖樣a）三軸加工b）五軸加工圖2擬合加工后形成的殘料由三軸加工中心加工后，殘料部分通過電火花加工去除，然后鉗工打磨表面達(dá)到要求。由于電火花加工不能完好地與已經(jīng)加工好的外圓尺寸相接，鉗工打磨空間小，圓度誤差大，圓柱與平面相交處R不規(guī)則，所以無法保證尺寸要求，合格率只有60%。該方案合格率較低。由五軸聯(lián)動的方式加工，需要先用立銑刀或者球刀銑削大部分形狀，再用直徑0.4mm的球刀對圓柱與平面相交處進(jìn)行精加工，保證圓柱與平面相交處R≤0.2mm。該方案能在一次裝夾中完成所有形狀的加工，但是由于精加工時刀具直徑小，剛性差，切削速度低，進(jìn)給量小，并且擬合分層多，所以生產(chǎn)效率低，且刀具成本高。3

輪廓擬合思路分析綜上分析可見，三軸或五軸加工均存在缺陷，無法滿足生產(chǎn)需要。本文介紹一種高效率、高質(zhì)量且低成本的簡便方法，即由線成面分層擬合的加工方式。要保證圓柱外圓尺寸，圓柱與平面相交處R≤0.2mm，并且外圓直徑和平面處完美相接，最好的辦法就是在一次加工中完成零件的外形輪廓。由線成面分層擬合的方式可以有效實現(xiàn)一次加工。分層擬合原理如圖3所示，圓柱面是由無數(shù)個直徑相同且同軸的圓周線層疊組成，圓心點(diǎn)層疊組成圓柱面的軸線a，圓柱垂直于a軸的截面形狀是圓。當(dāng)用一個與圓柱軸線不垂直且不平行的面去截圓柱時，圓柱截面為橢圓。b軸為垂直于零件底板的軸線，圓柱垂直于b軸的截面形狀是橢圓。a）零件截面b）圓柱沿b軸方向分層c）垂直于b軸截面為橢圓圖3圓柱分層擬合原理橢圓截面的中心按30°方向規(guī)律性偏移，使無數(shù)個橢圓截面層疊形成橢圓柱面。由于刀具軸線永遠(yuǎn)垂直于底板上平面（A面），只要擬合無數(shù)個橢圓層疊，即可加工出符合尺寸要求的圓柱，并實現(xiàn)圓柱與平面相交處R完美相接。4

加工改進(jìn)4.1宏程序編制由于截面形狀為橢圓，層疊角度有規(guī)律，因此選用宏程序進(jìn)行編程，程序簡潔，邏輯嚴(yán)密，通用性極強(qiáng)，具有極好的易讀性和可修改性。圓柱垂直于底板方向的形狀為橢圓，采用CAD軟件進(jìn)行截面分析（見圖4），得到橢圓的長半軸尺寸為4.041mm，短半軸尺寸為3.5mm。圖4截面分析橢圓截面中心位置的X坐標(biāo)隨Z方向發(fā)生深度偏移，偏移的三角函數(shù)關(guān)系為ΔX=ΔZtan30°。橢圓運(yùn)用參數(shù)方程進(jìn)行編程，使用細(xì)小的直線去擬合輪廓。為了滿足圓柱尺寸精度，需要盡量縮短擬合線段的長度，因此應(yīng)選用較小的步距角增量，此零件加工選用的步距角為0.5°。由不同位置的橢圓截面最終擬合成橢圓柱面。零件加工程序（以海德漢系統(tǒng)為例）如下。1BEGINPGMA1MM2BLKFROM0.1ZX-10Y-10

Z-103BLKFROM0.2X10Y10Z+04TOLLCALL1ZS60005LX+0Y+0FMAXM36LZ+50FMAXM87FN0：Q1=+0.058FN0：Q2=+1.969LBL110Q3=-Q1+211Q4=-Q1*TAN3012CYCLDEF7.0DATUMSHIFT13CYCLDEF7.1X+Q414LX+20Y+2FMAX15LZ+Q3FMAX16LZ-Q1F80017FN0：Q7=-0.118FN0：Q8=+360.0119LBL320Q5=4.041*COSQ721Q6=-3.5*SINQ722LX+Q5Y+Q6RL23Q7=Q7+0.524FN12：IF+Q7LT+Q8GOTOLBL325LY-1026LZ+50R0FMAX27Q1=Q1+0.0528CYCLDEF7.0DATUMSHIFT29CYCLDEF7.1X+030FN12：IF+Q1LT+Q2GOTOLBL131LZ+50FMAXM5M932M3033ENDPGMA1MM4.2刀具選擇由于零件傾角的影響，零件加工時刀具刀尖角度＜60°才能避免干涉，因此選擇刀尖角55°、刀尖圓弧R0.2mm的燕尾槽刀具（見圖5）進(jìn)行加工。加工時采用較小的吃刀量、較大的進(jìn)給量，以實現(xiàn)零件的高效加工。圖5

燕尾槽刀具4.3應(yīng)用效果采用改進(jìn)后的加工方法，零件質(zhì)量完全滿足技術(shù)要求，合格率達(dá)100%。零件成品如圖6所示。圖6零件成