畢長波
(秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北 秦皇島 066000)
秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院國家數(shù)控實(shí)訓(xùn)中心使用的是北京第一機(jī)床廠生產(chǎn)的XKA714B型數(shù)控銑床。該銑床所配的第4軸為旋轉(zhuǎn)工作臺(tái),軸名為A,回轉(zhuǎn)軸運(yùn)行范圍為0~359.99°(取模特性)。這里第4軸作為線性軸和其它軸一起運(yùn)行。如果第4軸和其它軸出現(xiàn)同在一個(gè)程序段中,且含有G1或G2/G3指令,則該軸沒有一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)給率F,而是取決于其它軸(X、Y和Z軸)的進(jìn)給率,且與它們同時(shí)開始和結(jié)束。但該速度值不能超過所規(guī)定的極限值。如果第4軸單獨(dú)出現(xiàn)在指令G1程序段中,它就以有效的進(jìn)給率F運(yùn)行。當(dāng)用G94時(shí),單位是°/rin,當(dāng)用G95時(shí),單位為°/rin。
圓柱凸輪機(jī)構(gòu)在工作時(shí),從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的方向通常和凸輪軸線方向相一致,而且凸輪槽中的滾子軸線與凸輪軸線正交。因此,加工圓柱凸輪時(shí),和滾子等徑銑刀的軸線也要與凸輪的軸線正交。對(duì)于立式銑床,當(dāng)凸輪軸線沿X軸方向安裝時(shí),Y軸方向在加工過程中沒有運(yùn)動(dòng),也就是說,刀具始終在X-Z平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。我們使用的這臺(tái)數(shù)控銑床,配備了直徑為315mm的立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。刀具路徑通過Master CAM軟件來生成。我們使用數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái),帶領(lǐng)學(xué)生已加工了幾種凸輪。其中一種是直徑200mm,長200mm的凸輪(材質(zhì)為黑色含油尼龍),在圓柱面上銑削出寬30mm,深24mm的曲線槽;另一種是直徑177mm、長80mm帶有螺旋槽的圓柱形凸輪(材料為45號(hào)鋼)。在加工過程中遇到的一些問題最終得到解決,但不一定是最佳方案。筆者從機(jī)床四軸功能的應(yīng)用到生成四軸刀具路徑和軟件的后處理等環(huán)節(jié)進(jìn)行總結(jié),供大家借鑒和研究。
使用Master CAM軟件實(shí)現(xiàn)四軸加工有兩種方法,一種是使用多軸銑削加工程序中的“回轉(zhuǎn)四軸”(Toolpaths/Multiaxis/Rotary4ax)功能,另一種是使用二維銑削加工程序中的“挖槽”(Tool paths/pocket)功能或“銑輪廓”(Tool paths/contour)的轉(zhuǎn)軸(rotary axis)功能。我們感覺后者更加簡便、實(shí)用,尤其適和圓柱凸輪的加工。二維銑削加工只需繪制出凸輪槽展開后的平面曲線,這也正是凸輪工作圖中給出的曲線。為達(dá)到優(yōu)化刀具路徑的目的,就需要在不影響最終加工結(jié)果的前提下適當(dāng)修改曲線。
盡管有些圓柱凸輪給出了輪廓曲線參數(shù)表,但這并不是原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),而是用戶通過測繪獲得的尺寸和角度,誤差較大。根據(jù)圖紙數(shù)據(jù),通過Master CAM軟件做出的曲線不夠光滑,需認(rèn)真修改。在應(yīng)用創(chuàng)建曲線功能(Creat/Spline)下,通過手工選點(diǎn)來連接成曲線時(shí),選取的控制點(diǎn)越多,得到的曲線反而越不光滑;而選取的控制點(diǎn)越少,得到的曲線卻越光滑。但是,可以只偏離個(gè)別有誤差的點(diǎn),但不能偏離大多數(shù)點(diǎn),否則導(dǎo)致凸輪輪廓失真,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)。
由于Sinumerik802D系統(tǒng)僅能識(shí)別0~359.99°范圍內(nèi),因此刀具不允許越過0°界限而連續(xù)回轉(zhuǎn)。當(dāng)繪制凸輪輪廓的平面圖時(shí),要考慮圖形在坐標(biāo)系內(nèi)所處的的位置,否則在程序中可能會(huì)出現(xiàn)大于360°或小于0°角度值。如果凸輪軸線方向沿銑床的X軸安裝,其輪廓曲線應(yīng)畫在TOP視圖的X軸上方或下放,圖形不可跨越X軸,起碼做到使刀具路徑不和X軸相交。當(dāng)平面圖形卷繞在圓柱面上時(shí),要從大于0°開始,而又不可超過360°,確保刀具在0~359.99°范圍內(nèi)來回切削。
為了方便觀察及判斷走刀的合理性,平面圖形的刀具路徑要先生成,待各種加工參數(shù)調(diào)整好后,再生成回轉(zhuǎn)4軸刀具路徑。編程是否得當(dāng)直接關(guān)系到銑床的運(yùn)行時(shí)間。編程者應(yīng)從加工效率,加工質(zhì)量等方面考慮,認(rèn)真審核粗、精加工路徑的合理性。
由平面刀具路徑轉(zhuǎn)化為四軸回轉(zhuǎn)刀具路徑的方法比較簡單。具體步驟是首先打開二維輪廓銑削加工對(duì)話框,在“刀具參數(shù)”選項(xiàng)卡中選擇(軟件顯示為otary axis,如圖1所示)。在Rotary type內(nèi)選擇Axis substituties,選擇替代Y軸(substitute Y axis),如圖2所示?!疤娲鶼軸”的意思是將Y軸方向的移動(dòng)轉(zhuǎn)化為繞X軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng),也就是A軸的角度值;選擇順時(shí)針(CW),在回轉(zhuǎn)直徑(Rotary diameter)欄中填入凸輪直徑值。這樣,事先做好的平面圖形會(huì)繞X軸按順時(shí)針方向卷繞在圓柱面上。經(jīng)過重新計(jì)算,就生成了四軸刀具路徑。
圖2
經(jīng)過模擬,確信生成了帶有回轉(zhuǎn)軸的刀具路徑以后,我們可執(zhí)行后處理。由于Master CAM軟件中沒有西門子SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)的專用后處理程序,這里我們可以應(yīng)用其默認(rèn)的FANUC后處理程序(mpfan.pst),并作簡單修改后即可處理文件中的有關(guān)參數(shù)。
圓柱凸輪曲線槽精加工所用刀具的直徑應(yīng)與滾子直徑相同、刀具路徑應(yīng)與滾子的運(yùn)動(dòng)軌跡相同。這樣不存在理論誤差,又具有可操作性,可使用較小直徑刀具多次經(jīng)多次走刀來完成粗加工。當(dāng)?shù)毒呗窂脚c滾子的運(yùn)動(dòng)軌跡平行時(shí),留下很小的精加工余量便可,與凸輪軸線不相垂直的曲線槽出現(xiàn)的“喇叭口”,即槽底,留下了較大的余量。