論模具球面加工

楊省缺

(河北省科技工程學校,河北保定 071000)

論模具球面加工

楊省缺

(河北省科技工程學校,河北保定 071000)

本文針對模具類工件的球面加工提出了選用數控機床、采用標準刀具、利用宏程序可變量賦值、可循環、可跳轉等功能。選用標準平底及球頭刀具完成各種球面加工,大大降低了生產成本,提高了球面加工精度及效率。

球面加工 宏程序 螺旋運動加工

球面包括外凸、內凹球面，常見于各種模具，無論是熱鍛模、沖壓模、拉伸模、注塑模均等均屬于常用加工內容。其絕大多數屬于單件、小批量生產類型，難以采用專用刀具及專用機床等方案，通常的加工方法為三維螺旋加工法，在加工中心或數控銑床上，依據球體數學模型，確定各要素之間的邏輯關系式，然后給相對應的變量賦值，利用宏程序可變量賦值、可循環、可跳轉等功能，選用球頭銑刀結合平底銑刀完成球面加工。無論是加工效率還是加工精度，都堪稱當前制造業最佳方案。本文擬就對不同層面的球面加工中確定數學模型及邏輯關系、加工工藝及刀具選擇以及各項加工參數確定、宏程序的編制等問題進行探討。

1 數學模型及技術分析

1.1 半球體

1.1.1 凸半球體

如圖1所示，此工件為凸半球體，加工這一球面體時，可依據勾股定理建立數學模型，確定各要素之間邏輯關系根據加工要求設置變量并給變量賦值。

圖1

如圖1所示各項參數的設定及說明如下：

其中：

#1=40為球體半徑。

#2=0為Z向以球心為起點的初始值。自下而上加工球體時為每一次循環Z向加工向上遞增的變量值，據加工面精度要求給#2賦值，一般為0.05～0.1mm。

#3=SQRT[#1×#1-#2×#2]為X方向變量值，初始值為#1，依據上述數學邏輯關系，加工過程中逐步遞減，當#2逐步遞增到40時#3=0。

1.1.2 凹半球體

如圖2所示，此工件為內凹半球體，其數學模型、相對邏輯關系、變量與賦值，基本參照圖1外凸球體，所不同的是所選刀具為球頭銑刀，循環變量為角度，加工方案自上而下。

如圖3所示各項參數的設定及說明如下：

#1=40 為球體半徑

#2=6 為球刀半徑

#4=0 為角度變量初始值。自上而下加工球體時為每一次循環#4 加上遞增的變量值，根據加工面精度要求給#4賦值，一般為0.5°左右。

圖2

#5=[#1-#2]×SIN[#4]為加工過程中球刀刀心軌跡的Z方向變量值，初始值#4=0時，#5=[#1-#2]×SIN[#4]=0

#6=[#1-#2]×COS[#4]為加工過程中球刀刀心軌跡的X方向變量值。初始值#4=0時，#6=[#1-#2]×COS[#4]=#1-#2=34

1.2 球缺

2.1.1 凸球缺

如圖3所示：

#1=40 球體半徑

#2=15 球體Z方向相對于球心起點，初始值為15

#3=SQRT[#1×#1-#2×#2] 為X向變量值，并依函數關系當#2逐層遞加時，#3逐層遞減，當#2等于40時，#3等于零。

2.1.2 凹球缺

如圖4所示：

#1=40 球體半徑

#2=6 球頭刀具半徑

#3=30； 銑削球面的深度賦值

#4=ASIN [[#1-#3]/#1]： 角度變量賦初始值

#5=[#1-#2]×SIN[#4]； 定義球刀刀心軌跡的Z向變量值

#6=[#1-#2]×COS[#4]；定義球刀刀心軌跡的X向變量值

#5、#6分別為球刀刀心Z向、X向變量值，依函數關系當#4逐層遞加時，#6逐層遞減，當#4等于90時，#6等于零。

2 加工程序及工藝過程說明

2.1 凸半球體加工程序

O0001(程序名) 已粗加工完畢，自下向上只精加工球體。

N10 G90 M03 S1000；絕對坐標編程，主軸正轉每分鐘1000轉

N20 G00 G54 X0 YO Z100； 建立坐標系，以球心為原點，設Z軸安全高度100

N30 #1=40； 球面半徑賦值

N40 #2=0； Z向高度起始點賦值

N50 X80； 選用Φ 20立銑刀，X正向快速定位

N60 Z5； Z向快速下刀

N70 G01 Z#2 F50； Z軸下刀至球心，Z向零點位置

N80 G01 X#1 F200；X向切入，初始值為球面半徑值，建刀補

N90 #3=SQRT[#1×#1-#2×#2]； 定義X向變量值

N100 G02 X#3 Z#2 I-#3； 自下而上螺旋加工

N110 #2=#2+0.1； Z向累加遞增賦值，根據精度要求調整

N120 IF[#2LE40]GOTO 90 ； 判斷語句當#2小于等于40時，無條件轉移到N90語句循環加工

N130 G01 XO YO； 結束循環

N140 GOO Z100； 抬刀至安全高度

N150 M30； 程序結束，返回程序頭

注意：對刀時注意Z軸零點在圓弧的球心，而不是上表面。N50句的X80與圓弧半徑和刀具半徑有關。

圖3

圖4

2.2 內凹半球體加工程序

O1900(程序名)

N10 G90 M03 S1000； 絕對坐標編程，主軸正轉每分鐘1000轉

N20 G00 G54 XO YO Z100；建立坐標系，以球心為原點，設Z軸安全高度100

N40 #1=40； 球面半徑賦值

N50 #2=6； 刀具半徑賦值

N60 #4=0； 角度變量初始值

N70 G01 X[#1-#2] YO F200 M08； 移動刀具到下刀點

N80 G01 Z#4 F50； 以切削進給速度Z軸下刀

N90 #5=[#1-#2]×SIN[#4]； 定義球刀刀心的Z向變量值

N100 #6=[#1-#2]×COS[#4]； 定義球刀刀心的X向變量值

N110 G02 X[#6]YO I[-#6]Z[-#5]； 自上而下螺旋加工

N120 #4=#4+0.5； 變量累加賦值，可根據精度要求調整

N130 IF[#4 LF 90] GOTO 90； 判斷語句當#4小于90時，轉移到N90語句循環加工

N140 G01 XO YO； 螺旋加工完畢，為Z向抬刀做準備，因FANUC系統圓弧插補語句不能快速抬刀

N150 GOO Z100； 快速抬刀

N160 M3O； 程序結束，返回程序頭

2.3 凸球缺加工程序

可參照凸半球體加工程序將Z向變量#2的賦值加以修改，如圖3所示：#2=40-25=15，調整N80句中X#1為X[SQRT[#1×#1-#2×#2]]。

3 結語

本文所提供的程序為螺旋加工，過程連續流暢，無停頓現象，加工精度高。

以上程序均在FANUC 0i系統上運行過，只需做適當調整，即可用于各類球面加工。今總結與此，此期與同行交流。

楊省缺,女,出生于1965年9月18日。籍貫:河北省石家莊市無極縣,1988年畢業于河北輕化工學院機械系,現于河北保定市河北省科技工程學校機械系任教。