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当三轴数控铣床螺旋下刀功能的研究

发布时间:2021-09-10 15:21:32 阅读: 来源:离心泵厂家

三轴数控铣床螺旋下刀功能的研究

摘 要:以FUNAC 0i系统三轴数控铣床为例,通过分析立铣刀螺旋下刀的相关切削参数编制宏程序作为子程序,用G65命令调用该子程序,使三轴数控铣床具有螺旋下刀的功能。

关键词:数控铣床;螺旋下刀;宏程序

用立铣刀在加工内腔轮廓时,数控铣床加工中常采用的方法有螺旋下刀和斜线下刀。目前,高档数控系统都具有螺旋下刀和斜线下刀的功能,低配置的数控系统没有这些功能。通过分析立铣刀螺旋下刀的相关切削参数,采用编制宏程序的方法,解决了三轴数控铣床螺旋下刀的问题。

1 螺旋下刀的分析

1.1刀具倾斜角度分析。

立铣刀的端刃部分旋转后形成一环状体,螺旋下刀时,刀具走过的路径为螺旋线。将螺旋线展开,可以把刀具看作是沿一斜线下刀,处于前方的刀刃与处于后方的刀刃间存在切深差如图1所示,此切深差随着刀轨与工件上表面的夹角的增大而增大,当此切深差超过立铣刀端刃的容屑区域内侧刃长时,工件上的残留材料就会挤压刀具,影响刀具寿命,严重时会损坏刀具。斜线下刀的刀轨与工件上表面的夹角的极限如图2所示,因而计算公式为:

?兹=arctan(h/d) (1)

1.2螺旋下刀的螺旋升角。采用螺旋下刀时,刀具走过的路径为螺旋线。将螺旋线展开,如图3所示,螺旋升角的正切值 ,其中 z为螺旋线的螺距,即刀具在XY平面每切一圈,Z方向的进刀距离,C为螺旋线在XY平面上投影圆的周长。由此可见,螺旋下刀时,刀具的运行方向为单向,因此可采用(1)中 值作为螺旋升角是否合适的判别值,即 值须小于 值。

1.3螺旋下刀的螺旋半径。

刀具合金结构钢或同等以上的材料在加工过程,端刃旋转形成一环状区域。螺旋下刀过程中,刀具沿一柱面上的螺旋线走刀,螺旋线在底面上的投影为一圆。当刀具连续运行时,端刃旋转形成的环状区域在底面上的投影情况。

设立铣刀直径D,端刃头部容屑区直很多公司都在进行改性优化径d。当螺旋半径取R=0时,即刀具沿Z轴直线下刀,显然,在刀具端部的容屑区会产生材料残留;当螺旋半径0<R<d时,端刃内侧形成的包络线如图4所示,即端刃切削区域仍不能完全覆盖容屑区域,在刀具容屑内仍会有材料残留;当螺旋半径d R<D时,端刃切削区域能完全覆盖容屑区域,不会在容屑区内产生材料残留;当R D时,端刃切削区域能够完全覆盖容屑区域,但在螺旋路径中心处会产生材料残留,但此时形成的材料残留在刀具外部,而不在端刃容屑区内。

可见,当R d时,在容屑区内不会有残留材料影响刀具的正常颗粒越大的木质纤维粉与聚乙烯等混合制成的复合材料在土中高温堆放时自然降解得越快;但农作物茎秆纤维制成的颗粒尺寸大小与生成材料降解速度没有明显关联切削。同时,考虑到零件尺寸对螺旋半径取值的限制,因而R值不应过大。

2 在FUNAC 0i系统中,用宏程序实现螺旋下刀

2.1螺旋下刀的参数分析。

C=2?仔R (2)

前面分析得知,螺旋下刀时,螺旋升角 的取值可参考式(1)的 值,因此得:

△Z=C tan?琢=C ■ (3)

由式(2)、(3)可得

△Z=■ (4)

柱面螺旋线参数方程为:

X=Rcost Y=Rsint Z=■

其又有益于非金属材料(橡胶等)高速实验中R为螺旋半径,t为周向角度自变量,P为螺旋线的螺距。据上述分析,Z的方程可写成: Z=■=■=-■=-■

在加工中,随着周向角度自变量t的变化,刀具沿螺旋路线切削,当深度Z到达预设深度时,螺旋下刀停止。螺旋下刀宏程序流程图如图5所示。

2.2加工实验。以图6工件为例,选用?覬12立铣刀加工。h取0.7mm,d取3mm,螺旋半径R取6mm,预设深度L为5mm。刀具加工起点坐标选(X6,Y0),按逆时针方向加工。

宏程序中的参数含义及初值的设定:

宏程序[]如下:

O0002

G54 G0 X6. YO S800 M03;

Z10.;

#1=0.7;

#2=3.;

#3=6.;

#4=0;

#5=-10.;

N1 #6=#3*COS[#4];

#7=#3*SIN[#4];

#8=-0.0174*#3*#1*#4/#2;

G1 X[#6 ]Y[#7] Z[#8 ]F300;

#4=#4+0.1;

IF [#8GT#5]GOTO1;

;进刀至预设深度后,螺旋进刀结束。

小结

实验表明,将宏程序作为一个固定的子程序存储在机床内,用G65来调用该子程序,从而使FANUC 0i系统具有螺旋下刀固定循环功能,解决了用立铣刀无法进行型腔轮廓加工的问题。用不同的刀具加工时,只需改变相应的参数,就可以实现内圆柱面和外圆柱面以及指定深度的加工。方法简单,操作容易。

参考文献

[1]劳动和社会保障部教材办公室组织.数控机床编程与操作[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2005.

[2]韩鸿鸾,李建刚.数控铣床和加工中心编程与操作实例[M].北京:中国电力出版社,2006.

作者简介:赵伦先(1976~),男,助理工程师,学士学位,现主要从事工装设计,工艺编制与模具编程和加工工作。

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