于 超 郭建燁 李景奎

(沈陽航空工業(yè)學院，遼寧沈陽 110136)

1 鍛模曲面

圖1為加工某設備攪拌槳葉片型面的鍛模曲面示意圖，曲面方程為z=ay/x，其中a=42.5/π =13.535，加工范圍x∈［30，108］，y∈［－30，30］。工件材料為Cr12，單件生產(chǎn)。

用XA5032AK數(shù)控銑床加工曲面，在加工曲面之前，上表面已加工完畢。選用半徑為5 mm的球頭銑刀，3軸加工。

2 工藝處理

由于是單件生產(chǎn)，工件裝夾在銑床用平口臺虎鉗上。

2.1 確定編程原點

工件坐標系如圖1所示。用試切法對刀，工件毛坯如圖1細線所示，以毛坯上表面左側棱邊中心為對刀點。對刀方法如下:用球頭銑刀的圓周刃分別試切毛坯的前面和后面，得到的兩個y坐標取平均值即為對刀點在機床坐標系中的y坐標值;用球頭銑刀的圓周刃試切毛坯左側面，得到的x坐標值加上銑刀半徑即為對刀點在機床坐標系中的x坐標值;用銑刀球頭試切毛坯上表面得到的z坐標值(球心為刀位點)即為對刀點在機床坐標系中的z坐標值;至此，對刀點在機床坐標系中的坐標值為已知數(shù)。現(xiàn)在假設曲面的最高點(X30，Y30，Z13.535)與毛坯上表面等高(如圖 1 所示)，如果將刀具移動到對刀點上方10 mm處，則設置工件坐標系指令為G92 X30.Y0 Z23.535。需要注意的是，加工過程是逐層切削的，要搞清起刀點z向距上表面高度值與切削深度的關系。

2.2 確定加工方法和走刀路線

刀具選用半徑為5 mm的整體硬質(zhì)合金球頭立銑刀，刀具型號為 F4AL1000ADN30(齒數(shù) 4，直徑 10 mm，直柄，螺旋角30°)。主軸轉(zhuǎn)速選擇2 000 r/min(圓周最大切削速度約為63 m/min)，進給速度為200 mm/min(每轉(zhuǎn)進給量為0.1 mm/r)。

由曲面方程可知，當x為一定值時，z與y是線性函數(shù)關系。為了編程方便，行循環(huán)選在x軸方向，考慮到加工后的表面粗糙度，精銑時行距選為0.5 mm，步長選為1 mm。首先令x=30(第1行)，考慮到切入段，刀具要避讓開工件，y?。?7。這樣切入點(第1個節(jié)點)為(X30，Y－37)，y坐標依次增加步長直到37，第一行切削完畢，抬刀，回到第一行起點(第1個節(jié)點)的上方。x坐標加一個行距，切削第2行，以此類推，依次銑削完整個曲面。對于每一行都是從y的負值處開始向正值方向銑削，是為了每一行都是順銑。

3 數(shù)學處理

三坐標聯(lián)動加工曲面，不能使用刀偏指令，要用球心軌跡編程。球頭刀的中心要落在上述各個節(jié)點處曲面的法線上，并且與該節(jié)點距離為球頭半徑5 mm。由空間解析幾何與向量代數(shù)可知，在各個節(jié)點處球頭刀中心點坐標值可以通過該點的法向量方向余弦求出。計算過程如下:

曲面方程為

式(1)分別對x、y、z求一階偏導數(shù)得:

法矢量的模為

法矢量的方向余弦為

設r為球頭銑刀半徑值，x0、y0、z0為曲面上一個節(jié)點的坐標值，則與該點對應的球刀中心坐標值為

4 編制程序

在三坐標聯(lián)動行切中，在同一行上，每次增加一個步長得到下一個節(jié)點，一行加工完成后，增加一個行距得到下一行，按公式可計算每個節(jié)點坐標值，所以，可以應用宏指令中的計算功能和循環(huán)功能編程。加工程序如下:

在程序中，變量#30為球頭刀半徑;#1、#2、#3分別表示曲面節(jié)點坐標值;#4、#5表示該節(jié)點的X、Y一階導數(shù)，Z一階導數(shù)為1;#6為該節(jié)點處法矢量的模;#7、#8、#9為該節(jié)點處法矢量的X、Y、Z方向余弦;#10、#11、#12為該節(jié)點對應的球頭刀中心的坐標值。

循環(huán)1為行循環(huán)(X軸方向)，由30到108，每次增加0.5;循環(huán)2為步循環(huán)(Y軸方向)，由－37到37，步長為1。

5 結語

用上述程序加工出的模具表面完全符合設計要求。

1 楊有君.數(shù)字控制技術與數(shù)控機床.北京:機械工業(yè)出版社，1999.

2 范炳炎.數(shù)控加工程序編制(第二版).北京:航空工業(yè)出版社，1995.

3 同濟大學數(shù)學教研室.高等數(shù)學(上冊).北京:人民教育出版社，1981.

4 王先逵.機械加工工藝手冊.北京:機械工業(yè)出版社，2007.