數(shù)控銑削中圓弧輪廓和直線輪廓表面不一致成因研究——以SINNUMERIK系統(tǒng)為例

蘇兆興， 張浩峰

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，安徽 淮北 235000)

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數(shù)控銑削中圓弧輪廓和直線輪廓表面不一致成因研究
——以SINNUMERIK系統(tǒng)為例

蘇兆興， 張浩峰

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，安徽 淮北 235000)

摘要：在數(shù)控銑削輪廓加工中，會(huì)出現(xiàn)圓形輪廓和直線輪廓處表面粗糙度等級(jí)不一致的現(xiàn)象.通過分析發(fā)現(xiàn)：造成這種現(xiàn)象的原因是程序編制員將圓加工輪廓的進(jìn)給量和直線進(jìn)給量設(shè)成同樣值，所以在切削過程中會(huì)出現(xiàn)單位時(shí)間內(nèi)走刀量不同，導(dǎo)致表面粗糙度不一致.通過SINNUMERIK802S/802C和SINNUMERIK802D系統(tǒng)對(duì)內(nèi)、外圓輪廓加工進(jìn)給量進(jìn)行修調(diào)，從而使銑削加工圓形輪廓和直線輪廓處表面粗糙度協(xié)調(diào)一致，保證了零件表面的質(zhì)量.

關(guān)鍵詞：圓弧輪廓；直線輪廓；SINMERIK系統(tǒng)

在數(shù)控銑削凸臺(tái)輪廓加工中，會(huì)出現(xiàn)圓形輪廓和直線輪廓處表面粗糙度等級(jí)不一致的現(xiàn)象.這種現(xiàn)象的成因可能有多種影響因素，主要是程序編制員不考慮圓弧輪廓的半徑尺寸，將圓加工輪廓的進(jìn)給量和直線進(jìn)給量設(shè)成同樣值，如若不引起重視則會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞刀具或工件的情況的發(fā)生.下面以具體例子來說明如何進(jìn)行調(diào)整來保證銑削加工中直線輪廓和圓弧輪廓的一致性.

1例子引入

用SINNUMERIK系統(tǒng)編制程序加工一如圖1所示的凸臺(tái)輪廓，凸臺(tái)高度為10 mm.上道工序完成毛坯加工(尺寸為180 mm×120 mm×25 mm)，不考慮四周余量.

圖1　凸臺(tái)輪廓

程序編制：

TUTAI主程序L34子程序

G17G71G90G94G49G40G0G41X20

G54M3S450M08G1Y110，R15

G0Z100T1D1X120

R1=1X160Y95RND=20

R2=5Y20CHF=30

AA:G0X0YXZ5X110

G1Z=-R1*R2F140Y40

L34G3X70CR=20

R1=R1+1G1Y20

IFR1<3GOTOB AAX-20

G0Z50G0Z5

M5G40Y-20

M30M17

采用以上程序加工，會(huì)在直線輪廓和圓弧輪廓表面出現(xiàn)粗糙度等級(jí)不一致的現(xiàn)象.

2原因分析

出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是由于加工直線輪廓與圓弧輪廓時(shí)，實(shí)際編程輪廓處的進(jìn)給量不同而造成的.由于許多程序員在編制加工程序時(shí)不考慮圓弧輪廓的半徑尺寸，統(tǒng)一將加工直線和圓弧輪廓時(shí)的進(jìn)給量設(shè)為同一值.實(shí)際上程序中的F編程值并不是編程輪廓處實(shí)際的進(jìn)給量.當(dāng)加工直線輪廓時(shí)，刀具中心的進(jìn)給量與所編程輪廓處的進(jìn)給量相同；但加工圓弧輪廓時(shí)，刀具中心的進(jìn)給量與所編程輪廓處的進(jìn)給量就不相同了，對(duì)于外圓弧加工時(shí)，刀具中心軌跡形成的圓弧比編程軌跡圓弧長，則輪廓處的進(jìn)給量將小于編程值F；對(duì)于內(nèi)圓弧加工，刀具中心軌跡形成的圓弧比編程圓弧要短，則輪廓處的進(jìn)給量將大于編程值F.而且出現(xiàn)刀具直徑越大，差別越明顯，易出現(xiàn)圓弧輪廓和直線輪廓不一致的現(xiàn)象.尤其在加工內(nèi)圓弧且刀具半徑接近圓弧半徑時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)損壞刀具或工件等現(xiàn)象.當(dāng)然影響銑削表面粗糙度的因素很多，諸如切削震動(dòng)、切削刃磨損等其他因素疊加的作用效果，但是這些因素對(duì)于直線輪廓和圓弧輪廓都是相同的，所以相比較進(jìn)給量這個(gè)影響因素是次要的.

3改進(jìn)措施

針對(duì)如何使編程的進(jìn)給速度F在加工圓弧中起到相應(yīng)的作用，就必須對(duì)刀具中心點(diǎn)處的進(jìn)給量進(jìn)行修調(diào).具體修調(diào)方法如圖2所示.

對(duì)于圓弧進(jìn)給量修調(diào)的基本原則是：內(nèi)弧減小，外弧增大.

內(nèi)圓弧加工：

F修調(diào)=F編程(R-r)/R

(1)

外圓弧加工：

F修調(diào)=F編程(R+r)/R

(2)

式中:F編程——編程進(jìn)給量；F修調(diào)—修調(diào)后進(jìn)給量；R—圓弧編程輪廓；r—刀具半徑.

如例1中的F編程值為140mm/min，外圓弧半徑為10mm，刀具半徑為8mm，則修調(diào)后的F值為：

圖2　圓弧加工時(shí)進(jìn)給量的調(diào)整

由此可見F修調(diào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F編程，所以編程時(shí)應(yīng)當(dāng)將圓弧指令的F值設(shè)置成252mm/min，才能使加工后的直線輪廓和圓弧輪廓粗糙度相一致.對(duì)于SINNUMERIK系統(tǒng)，其專門設(shè)置了圓弧進(jìn)給修調(diào)指令，一旦F編程值設(shè)定，該指令可以自動(dòng)根據(jù)圓弧的內(nèi)外加工，以及當(dāng)前的刀具半徑，按式(1)或式(2)修調(diào)圓弧進(jìn)給量.

具體設(shè)置如下：

(1)對(duì)于SINNUMERIK802S/802C系統(tǒng),G901開啟進(jìn)給量修調(diào)；對(duì)于SINNUMERIK802D系統(tǒng)，CFC開啟進(jìn)給量修調(diào).

(2)在有刀具半徑補(bǔ)償?shù)腉41/G42和圓弧功能的情況下，開啟圓弧進(jìn)給量調(diào)節(jié)功能，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)考慮圓弧的內(nèi)、外加工，以及當(dāng)前的刀具半徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具中心點(diǎn)處的進(jìn)給率進(jìn)行修調(diào)，使編程在進(jìn)給的F在圓弧輪廓加工時(shí)生效；若關(guān)閉此項(xiàng)功能，則編程進(jìn)給F在刀具中心有效.

(3)開啟圓弧修調(diào)后，加工內(nèi)弧時(shí)修調(diào)進(jìn)給量按式(1)確定，加工外圓弧時(shí)修調(diào)進(jìn)給量按式(2)確定.

4結(jié)論

通過對(duì)于SINNUMERIK802S/802C和SINNUMERIK802D系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)給量修調(diào)，以保證在有刀具半徑補(bǔ)償?shù)腉41/G42和圓弧功能的情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)考慮圓弧的內(nèi)外加工，針對(duì)當(dāng)前的刀具半徑，實(shí)現(xiàn)加工時(shí)對(duì)刀具中心點(diǎn)進(jìn)給率進(jìn)行修調(diào)；采用圓弧修調(diào)時(shí)，內(nèi)外圓弧的修調(diào)量將會(huì)分別按式(1)、(2)調(diào)整，從而使銑削加工圓形輪廓和直線輪廓處表面粗糙度等級(jí)協(xié)調(diào)一致，保證了零件的表面質(zhì)量.

[參考文獻(xiàn)]

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[責(zé)任編輯王新奇]

Research on the Cause of the Surface Inconsistent of Arc Contour andStraight Line Contour in the Numerical Control Milling Process——Taking SINNUMERIK System As An Example

SU Zhao-xing, ZHANG Hao-feng

(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Huaibei Vocational &

Technical College, Huaibei 235000, China )

Abstract：In the numerical control milling process, there is a phenomenon that the surface roughness is not uniform in the shape of arc contour and straight line contour. Through the analysis, it is found that the cause of this phenomenon is that the feed quantity of arc contour and straight line contour was set to the same value by programmer. Therefore, the knife moving distance in unit time will be different in the cutting process and lead the surface roughness to be inconsistent. By adjusting the feed quantity of the inner and outer circle contour in SINNUMERIK802S/802C and SINNUMERIK802D system, it is ensured that the surface roughness of arc contour and straight line contour is the same in the milling process, and the quality of the parts is ensured.

Key words：arc contour; straight line contour; SINMERIK system

中圖分類號(hào)：TG547

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：蘇兆興(1977—)，男，安徽濉溪人，淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系副教授，碩士，主要從事機(jī)械制造及自動(dòng)化研究.

基金項(xiàng)目：淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(20131)；淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目(201312)；安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目(2014jyxm502)

收稿日期：2015-10-13

文章編號(hào)：1008-5564(2016)01-0017-03