移位加工法在數(shù)控銑削中的研究應(yīng)用

晉太洋

(滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽滁州239000)

移位加工法在數(shù)控銑削中的研究應(yīng)用

晉太洋

(滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽滁州239000)

在數(shù)控銑削加工中,常遇到工件加工尺寸大于機(jī)床加工行程的情況,利用移位加工法可以在一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題。以冰箱發(fā)泡模為例,對(duì)移位加工法在使用中的移位方法選擇、加工坐標(biāo)系設(shè)置、零件模型構(gòu)建、刀具路徑設(shè)置及加工操作中涉及的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析研究,并提出了一套實(shí)用性較高的加工方案,為中、小企業(yè)的數(shù)控銑削加工中的具體應(yīng)用提供相應(yīng)的指導(dǎo)。

移位加工;加工行程;加工坐標(biāo)系;建模

0 引言

數(shù)控機(jī)床價(jià)格與其加工行程又有很大的關(guān)系,一般情況下,加工行程越大則價(jià)格越高,因此從事數(shù)控加工的中小企業(yè)和一些開設(shè)數(shù)控技術(shù)課程的高、中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校購(gòu)買的多為中、小規(guī)格的數(shù)控機(jī)床。在偶爾遇到較大尺寸工件的加工時(shí)就必須進(jìn)行外協(xié)加工。采用移位加工法就可以很好地解決這一問(wèn)題。目前,對(duì)于移位加工法的研究還比較少,本文針對(duì)移位加工法在數(shù)控銑削加工中應(yīng)用進(jìn)行了研究,為數(shù)控教學(xué)和數(shù)控生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)和借鑒。

1 移位加工

(1)單向移位是指建模時(shí)將工件沿X軸或Y軸方向劃分為若干個(gè)加工區(qū)間,一般為2個(gè)加工區(qū)間,加工時(shí)先將工件沿X軸或Y軸方向移位裝夾后分別進(jìn)行加工后,將工件旋轉(zhuǎn)180度,再將工件沿X軸或Y軸方向移位裝夾后分別進(jìn)行加工。圖1所示,加工工件為ABCD采用沿Y軸方向移位,操作步驟為:

第一步,加工坐標(biāo)系設(shè)為G54,加工區(qū)間為abcd,如圖1a。

第二步,將工件旋轉(zhuǎn)180度,加工坐標(biāo)系設(shè)為G55,加工區(qū)間a1b1c1d1,如圖1b。

其中區(qū)間cdd1c1為加工重疊區(qū)間。

移位加工法就是將X、Y軸方向加工尺寸大于機(jī)床加工行程的工件在建模時(shí)將工件分為多個(gè)加工區(qū)間,加工時(shí)通過(guò)在工作臺(tái)沿X、Y軸移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)工件來(lái)改變其裝夾位置后分別加工各區(qū)間的加工方法。

1.1 移位加工區(qū)間選擇

在劃分加工區(qū)間時(shí)要注意以下四點(diǎn):

(1)加工區(qū)間越少,建模越簡(jiǎn)單,編程和操作越方便,加工精度也越高。一般來(lái)說(shuō),加工區(qū)間不能超過(guò)四個(gè)。

(2)加工區(qū)間之間必須有一定的重疊量,目的是減小接刀刀痕,保證加工質(zhì)量。重疊量應(yīng)該略大于切削刀具半徑。

(3)在各加工區(qū)間應(yīng)該分別設(shè)置加工坐標(biāo)系。

(4)劃分加工區(qū)間時(shí)要充分考慮工件的實(shí)際形狀,對(duì)于曲面應(yīng)該盡可能保證依照曲面曲率設(shè)置刀具路徑和劃分加工區(qū)間。

移位加工法有一定的適用范圍,即:工件的X、Y方向的加工尺寸應(yīng)該小于機(jī)床加工行程的兩倍;要考慮到刀具直徑和進(jìn)、退刀路線所占尺寸;對(duì)于有罩殼的機(jī)床,要考慮罩殼內(nèi)部空間的尺寸。

1.2 移位類型

移位加工法可以分為單向移位和雙向移位兩種類型。

(2)雙向移位是指建模時(shí)將工件沿X和Y軸方向劃分為多個(gè)加工區(qū)間,一般為四個(gè)加工區(qū)間,加工時(shí)將工件先沿X軸或Y軸方向移動(dòng)裝夾后分別進(jìn)行加工后,將工件旋轉(zhuǎn)180度,再沿X軸或Y軸方向移動(dòng)裝夾后分別進(jìn)行加工。如圖2所示,操作步驟為:

第一步,加工坐標(biāo)系設(shè)為G54,加工區(qū)間a1b1c1d1。

第二步,沿X軸方向移位,加工坐標(biāo)系為G55,加工區(qū)間a2b2c2d2。

第三步,將工件旋轉(zhuǎn)180度;加工坐標(biāo)系為G56,加工區(qū)間a4b4c4d4。

第四步,沿X軸方向移位,加工坐標(biāo)系為G57,加工區(qū)間a3b3c3d3。

2 移位加工法的具體應(yīng)用

以冰箱門發(fā)泡模為例說(shuō)明移位加工法的應(yīng)用,零件如圖3。使用的加工中心為XH-714A,機(jī)床加工行程X軸為750mm、Y軸為480mm,加工刀具直徑為20mm.球刀。

圖3 零件圖

2.1 零件分析

根據(jù)零件的尺寸和形狀分析可知:

(1)零件要加工面為R2200mm的圓弧曲面,所以最佳的切削路徑應(yīng)該是沿圓弧走刀,而且不能將表面圓弧分成兩段,也就是說(shuō)只能將零件從長(zhǎng)度為800mm的方向分成若干加工區(qū)間,如果從長(zhǎng)度為560mm的方向劃分加工區(qū)間,則會(huì)在兩段圓弧接合部留下較明顯的接刀痕。

(2)零件長(zhǎng)度為800mm,寬度為560mm,機(jī)床加工行程X軸為750mm,Y軸為480mm,如果將800mm作為X方向、560mm作為Y軸方向,則零件尺寸在兩個(gè)方向都超出了機(jī)床的加工行程,就必須將零件劃分為四個(gè)加工區(qū)間,使建模、編程和加工操作的難度都增大了。如果將800mm作為Y軸方向、560mm作為X軸方向,可以看出: 560mm小于750mm,所以在X軸方向就不需要分區(qū)間,Y軸方向的加工長(zhǎng)度為800,而機(jī)床的Y軸加工行程為450,因此可以將Y軸方向的加工長(zhǎng)度分為兩個(gè)加工區(qū)間。

綜合分析可零件移位加工方案如下:

將長(zhǎng)度560mm作為X軸方向、長(zhǎng)度800mm作為Y軸方向,沿Y軸單向移位,將零件劃分為兩個(gè)區(qū)間,為了減小接刀痕,每個(gè)加工區(qū)間在Y軸方向的長(zhǎng)度為420mm,加工重疊區(qū)間長(zhǎng)度為20mm,如圖4所示。

圖4 加工區(qū)間劃分

2.2 設(shè)置加工坐標(biāo)系

設(shè)置加工坐標(biāo)系的原則是既要方便對(duì)刀,又要考慮毛坯形狀。這類零件的毛坯一般為鑄造件,為了節(jié)省材料,毛坯上有一面已經(jīng)具有了圓弧面的初步形狀,即為凹圓弧面,在進(jìn)行數(shù)控精加工前必須將具有圓弧初步形狀的這一面的相對(duì)面進(jìn)行精加工,并以此作為工件裝夾面,同時(shí)要將毛坯四個(gè)側(cè)面進(jìn)行精加工以便準(zhǔn)確設(shè)置加工坐標(biāo)系。

(1)加工坐標(biāo)系的ZO平面選擇

為保證零件的Z向尺寸,必須將精加工后的圓弧面的相對(duì)面裝夾于工作臺(tái)上,并以此作為加工坐標(biāo)系的ZO平面。

(2)加工坐標(biāo)系的XO和YO的設(shè)置

由于零件的Y軸方向尺寸大于工作臺(tái)的Y軸尺寸,而機(jī)床在Y軸正向有機(jī)床立柱,所以零件超出工作臺(tái)的部分只能置于Y軸負(fù)方向(靠近操作者這一側(cè))。為了方便對(duì)刀和保證對(duì)刀精度,可取零件Y軸正向邊的中點(diǎn)作為加工坐標(biāo)系的XO和YO。

設(shè)置的工作坐標(biāo)系如圖5所示。

圖5 加工坐標(biāo)系設(shè)置

2.3 零件模型構(gòu)建

由零件形狀(圖3)和加工區(qū)間劃分(圖4)可以看出:此工件是關(guān)于Y軸對(duì)稱的,所以當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)180度移位后,X軸正、負(fù)方向的形狀不變,在Y軸方向是均勻劃分加工區(qū)間的,只需建立兩個(gè)相同的X軸方向長(zhǎng)度為560mm、Y軸方向長(zhǎng)度為420mm的圓弧面即可,但這樣將會(huì)給實(shí)際加工造成很多不利影響,因此建模時(shí)必須對(duì)原先的理論模型進(jìn)行以下的修改和完善。

(1)該零件的加工路徑是沿XZ平面內(nèi)圓弧由Y軸正向向負(fù)向切削,如依照理論模型加工,則第一刀的切削寬度為刀具直徑的一半,影響加工質(zhì)量,損傷刀具,甚至可能發(fā)生斷刀等事故。為了保證每一刀的切削量相等,同時(shí)方便Z向下刀,可將零件在Y軸正方向進(jìn)行適當(dāng)延長(zhǎng),延長(zhǎng)長(zhǎng)度略大于切削刀具半徑,因?yàn)樗们邢鞯毒咧睆綖?0mm,所以延長(zhǎng)12mm。

(2)為了有效去除左右兩側(cè)的毛刺,應(yīng)該將模型在左右兩側(cè)沿圓弧面的曲率適當(dāng)延長(zhǎng),使刀具中心超出零件即可,延長(zhǎng)量一般取3-5mm。

(3)Y軸負(fù)方向因?yàn)橛屑庸ぶ丿B區(qū)間,則不需要延長(zhǎng)。

修改后的加工模型如圖6所示,可以看出零件在X軸和Y軸兩個(gè)方向的尺寸都增大了。

圖6 修改后的加工模型

在建模時(shí),如果工件不是關(guān)于X軸或Y軸對(duì)稱的,一定要注意在移位后,零件的X軸和Y軸的方向是發(fā)生了變化的,每一個(gè)加工區(qū)間都必須分別建模。

2.4 刀具路徑設(shè)置

為了保證加工質(zhì)量,刀具應(yīng)沿ZX平面內(nèi)的圓弧走刀,可采用UG軟件中的曲面區(qū)域或區(qū)域銑削切削方式,也可采用Mastercam中的曲面流線等加工方式,如圖7所示。實(shí)體切削驗(yàn)證如圖8所示。

2.5 后處理

在設(shè)置完刀具路徑并檢驗(yàn)后,再進(jìn)行后置處理,程序如下:

2.6 加工操作

2.6.1 工件裝夾

由于此類零件底面通常鑄造成多個(gè)腔體,筋板的厚度也不是很大,一般不采用連接板裝夾、定位,常采用從上表面利用壓板、螺栓定位的方法。由于零件有一部分在Y軸方向處于工作臺(tái)以外,為了使裝夾更加穩(wěn)定、可靠,應(yīng)盡可能充分利用工作臺(tái)上的T型槽,所以采用三對(duì)壓板、螺栓定位,如圖9(a)所示。在裝夾時(shí),應(yīng)移動(dòng)工作臺(tái),調(diào)整零件在工作臺(tái)上的位置,使零件在Y軸正方向不能超出加工行程;同時(shí),零件在X軸方向最好處于工作臺(tái)中間位置,以便于工件裝夾和走刀。

2.6.2 壓板移位

由于壓板壓在零件上表面,而零件整個(gè)上表面都為加工面,所以在加工過(guò)程中必須在使機(jī)床進(jìn)給暫停的情況下移動(dòng)壓板的位置,具體步驟如下:

(1)刀具是從Y軸正方向往負(fù)方向切削的,當(dāng)?shù)毒呓咏鼔喊錋時(shí),在刀具上升到最高點(diǎn)時(shí),手動(dòng)按下機(jī)床的進(jìn)給保持按鈕,松開并移走第一對(duì)壓板A。在操作過(guò)程中,一定要注意:刀具是轉(zhuǎn)動(dòng)的,切勿碰到刀具。安全移走壓板后,再按下機(jī)床的循環(huán)啟動(dòng)按鈕,機(jī)床將繼續(xù)進(jìn)行切削加工,如圖9(b)所示。

(2)當(dāng)?shù)毒呓咏诙?duì)壓板B時(shí),它也已經(jīng)遠(yuǎn)離了原第一對(duì)壓板A的位置。此時(shí),必須先將壓板A重新裝夾在原先的位置后,再松開移走壓板B,目的是保證工件的裝夾穩(wěn)定、可靠,如圖9(c)所示。

(3)當(dāng)?shù)毒呓咏谌龑?duì)壓板C時(shí),它也已經(jīng)遠(yuǎn)離了原第二對(duì)壓板B的位置。同樣,也必須先將壓板B重新裝夾在原先的位置后,再松開移走壓板C,如圖9(d)所示。

2.6.3 工件移位

在程序運(yùn)行結(jié)束后,移開所有壓板、清理工作臺(tái)、將工件旋轉(zhuǎn)180度,采用同樣的方法裝夾定位,重新調(diào)用加工程序,并且注意在加工過(guò)程中采用同樣的方法和步驟適時(shí)改變每對(duì)壓板的位置。

3 結(jié)束語(yǔ)

只要適當(dāng)選擇加工零件、合理劃分加工區(qū)間、正確建模,同時(shí)在加工操作中規(guī)范地移位,移們加工法就可以在一定程度上解決小規(guī)格數(shù)控銑床銑削較大工件的難題,從而擴(kuò)大中、小機(jī)械加工企業(yè)的業(yè)務(wù)范圍,為企業(yè)、為社會(huì)創(chuàng)造更多的利潤(rùn)和效益。

[1] 華茂發(fā).數(shù)控機(jī)床加工工藝[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

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On Application of Shift Machin ing to Numerical Controlled M illing

Jin Taiyang
(Chuzhou Vocational Technical College,Chuzhou 239000,Anhui,China)

In numerical controlled milling,it is often encountered that the size of workpieces is bigger than themachining travelof amachine tool.A shiftmachiningmethod can be used to solve the p roblem to some extent.Refrigerator foam mould machining is taken as an examp le.The choice of shift methods,the design of machining coordinate system,the construction of workpiece models,the establishment of the cutter path are discussed and a set of p racticable machining methods is offered as w ell to guide small and medium-sized enterp rises in their numerical controlled milling.

shift machining;machining travel;machining coo rdinate system;modeling

book=1994,ebook=22

TH6

A

1673-1794(2010)02-0037-03

晉太洋(1964-),男,講師,主要從事機(jī)械工程技術(shù)方面教學(xué)與研究。

2009-12-07