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摘 要 数控机床是先进制造技术的基础设备,是典型的机电一体化产品。掌握数控编程技术是充分利用好这类装备关键,也是我们提高数控铣削工程训练教学水平的重要标志。
关键词 数控机床 数控铣削加工 数控编程 “R”参数编程

“数控铣削技术训练”是我中心新近开设的一门理论性较强的工程训练科目。在教学形式上,它不同于过去传统的、机械的“金工实习”。其训练目的是:了解当今 先进的机械制造方法,充分发挥当今大学生知识新、反应快、创造力强的特点,结合具体的实践教学,广泛培养学生的动手能力、综合应用能力和创新能力。

由于受客观条件和教学时间的限制,自动编程(计算机编程)在目前各高校的工程训练中还未被普及,为了了解编程的基本原理及方法,手工编程仍为最常用的基本训练内容之一。

对于加工形状简单的零件,计算比较简单,程序不多,采用手工编程较容易完成,因此在点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中,手工编程仍广泛应用。但对 于形状复杂的零件,特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面的零件,用一般的手工编程就有一定的困难,且出错机率大,有的甚至无法编出程序。而采用“R”参数 编程则可很好地解决这一问题。
非圆曲线轮廓零件的种类很多,但不管是哪一种类型的非圆曲线零件,编程时所做的数学处理是相同的。一是选择插补方式,即首先应决定是采用直线段逼近非圆曲 线,还是采用圆弧段逼近非圆曲线;二是插补节点坐标计算。采用直线段逼近零件轮廓曲线,一般数学处理较简单,但计算的坐标数据较多。

等间距法是使一坐标的增量相等,然后求出曲线上相应的节点,将相邻节点连成直线,用这些直线段组成的折线代替原来的轮廓曲线(见图 1 )。其特点是计算简单,坐标增量的选取可大可小,选得越小则加工精度越高,同时节点会增多,相应的编程费也将增加,而采用“R”参数编程正好可以弥补这一 缺点。

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现今数控铣床一般都具备“R”参数编程功能,如西门子802D数控系统,这给手工编写某些复杂图形的程序带来了方便。如 图 2、3 所示,当要加工一个周期的正弦线时,通常的方法是采用自动编程,若用手工编程,则可用“R”参数编程较简单。曲线上坐标点选取的多少,可视加工精度而定。


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1
“R”参数编程的实质,就是用变量“R”编写出“子程序”,并根据“R”数值的条件,
多次调用“子程序”,以简化编程。如:用变量R1表示上图中从0到2л各点弧度值;用[ X=100*R1/2л,Y=25*SIN(R1)]表示一个子程序,若要在正弦线上选取1000个坐标点,只可将子程序调用1000次即可。
合理的选用“R”参数编程,可以提高某些零件的加工精度(多选节点)和编程效率,它也是手工编制复杂零件程序的主要方法之一,在不具备计算机自动编程的情况下一般常采用这种办法。
编程举例:(西门子802D系统)
试用“R”参数编程的方法编制整圆的程序(如图4 )。

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分析:若不用圆弧插补,可将圆均分成360份,再用直线插补连接。变量R1=50表示半径,R2=360表示共分了360份,R3=1表示间隔1份,R4=0表示初始角度。
程序如下:
O0001
N10 G54 G42 G90 G00 X50 Y0 Z100
N20 G01 F20 S600 M03 Z-10
N30 R1=50 R2=360 R3=1 R4=0
N40 AA:X=R1*COS(R4) Y=R1*SIN(R4)
N50 R4=R4+1 R2=R2-R3
N60 IF R2>=0 GOTOB AA
N70 G00 Z50
N80 G40 M2
注解:程序中,N30程序段为条件设定;N40程序段即为程序名为AA的子程序;N50 中R4、R3是参数变量,每调用一次,R4将增加1度,R2减少1份;N60中 IF为有条件的,GOTOB 表示向前跳转,就是只有当R2大于等于零时才向前跳转到子程序AA处。
以上程序可以看出,用“R”参数编程,不管选取的节点是多少,其程序段不会增加,这就是“R”参数编程的主要特点。
“R” 参数编程千变万化,掌握它的关键就在于抓住图形轮廓规律,灵活地运用好变量“R”,结合其他科目知识,开发自己的思维空间,这一点也是被实践教学所证实 的。 “R”参数编程对大学生有着较强的吸引力,它是展示自己数控编程技巧的体现。例如,我校化工学院2002级封振宇同学在一天半的数控铣削加工训练中,就是 充分利用了“R”参数编程功能,设计、编制、加工了如图 5 的工件,得到了各方面的好评。

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编程思路:图中的三个风帆用了“R”参数编程,它们水平方向的间隔为30毫米,高度两端相同,中间一个高10毫米。由于三个风帆大小相同,因此,X方向的数值用实际值加R1表示,Y方向的数值也要再加上一个R6。参数条件:R1=0;R1=R1+30;R5=90*R3;
R3=0;R3=R3+1;R6=10*SIN(R5)。即加工第一个风帆时,R1、R6都为0,加工第二个风帆时则R1变为30+0,R6为10*SIN(90)。最后R3<3为跳转的条件,即共跳转两次。
主要程序:
------
N80 R1=0 R2=30 R3=0 R4=10
N90 AAA: R5=90*R3
N100 R6=R4*SIN(R5)
N110 X=35+R1 Y0
N120 G01 Z-1
N130 Y=15+R6
N140 X=17+R1
N150 G02 X=28.5+R1 Y=60+R6 CR=40
N160 G01 X39+R1 Y60+R6
N170 G03 X=X41+R1 Y=15+R6 CR=38
N180 G01 X=35+R1 Y=15+R6
N190 G00 Z20
N200 R1=R1+R2 R3=R3+1
N210 IF R3<3 GOTOB AAA
N220 G00 Z50 M2
单从图形上看,封振宇同学的设计并不复杂,但其精华之处就在于合理运用了“R”参数编程,并通过正弦线的最大值、最小值使风帆高度有所变化。即使增加风帆数量,程序段的总量也没有任何变化。例如:要将风帆改为10个,只需将程序中R3<3改为R3<10即可。
典型零件编程:
生产中常用的零件,如凸轮、齿轮、离合器、螺旋线等都可用“R”参数编程。等速凸轮由于其轮廓线为阿基米德螺旋线,所以编程比较简单,如图 6所示。

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已知:半径R=40;OD=60;角BOD为90度。
分析:先将工作曲线分成90份,R1=90;再算
出90份中的升高量,R2=(60-40)/90;B点的起始角为
零度,R3=0;半径R4=40;间隔R5=1。起始增量R6=0。
主要程序:
------
N100 G90 G1 F20 X40 Y0
N110 R1=90 R2=20/90 R3=0 R4=40 R5=1 R6=0
N120 ABC:X=(R4+R6)*COS(R3)
Y=(R4+R6)*SIN(R3)
N130 R6=R6+R2 R3=R3+1 R1=R1-1
N140 IF R1>=0 GOTOB ABC
N150 G0 Z50 M2
三轴联动的“R”参数编程
一 般的模具加工多为三维立体加工,掌握好参数变量“R”的规律,同样可进行“R”参数编程,实际上,在原两维平面加工的基础上再加上垂向的变量“R”,即可 实现三维立体加工。应值得注意的是,垂向变量Δ垂的取值大小将影响平面尺寸,所以必须精心计算。如图7 所示:已知高60(R1=60),宽40,上底与下底单面差(100-80)/2=10。

1
分析:取R3=1000(1000份);X方向每次单边缩小R2=10/1000,开始点的单边缩小量为R4=0,垂向每次提高R5=60/1000,开始点的提高量是R6=0。
主要程序:
------
N100 R1=60 R2=10/1000 R3=1000 R4=0 R5=60/1000 R6=0
N110 XYZ:Z=R6
N115 X=R4 Y0
N120 X=100-R4
N130 Y40
N140 X=R4
N150 Y0
N160 R6=R6+R5 R4=R4+R2
N170 IF R6<=R1 GOTOB XYZ
N180 G00 Z100 M2
总之,“R”参数编程简单易学、实用,趣味性大,在编程中它可以将数学公式、微分方程等有关知识结合到程序中,它也是利用基本计算方法解决工程实际问题的有效方法。
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C61160×12重型车床床身工作面总长12m,增加的数控花纹轧辊铣削装置和原车床部分各占6m。通过3年多的使用表明,提高了生产率和质量,收到了较好的经济效益和社会效益。

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图1 两种花纹孔型展开图
1 数控花纹轧辊铣削装置的用途
铣削轧辊圆柱表面花纹孔型,适用于加工图1所示两种花纹孔型,通过选配挂轮,也可加工其它类型的轧辊孔型。
2 数控花纹轧辊铣削装置组成与技术参数
本装置由分度床头箱、铣头架及尾座等组成。铣头架X、Z坐标移动由FANUC 0—TD数控系统控制,与分度床头箱的分度运动配合,完成同一方向、圆柱外表面上花纹孔型自动循环加工(图2)。主要技术参数如下:

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图2 数控花纹轧辊铣削装置传动图
铣削花纹轧辊孔型范围(直径×长度)750mm×1900mm,工件最大重量10.5t,主轴中心高500mm,主轴分度转速范围 0.1~0.29r/min,分度角3°3′3″,铣头架Z及X坐标移动速度0.1~2000mm/min及0.1~2700mm/min,铣头转位角度 ±47.5°,尾座套筒行程300mm,分度床头箱及铣头架伺服电动机功率为3kW及X1.0kW,Z1.5kW。
3 数控花纹轧辊铣削装置主要结构

1. 分度床头箱
分度床头箱位于床身右端,用途是使工件装卡在其花盘上进行分度,每次旋转一个角度(工件上同方向相邻孔型所占的圆周角)。基本转角设置了两种: (1/59)×2p及(1/41)×2p,这两种转角与前述图1形状相对应,变换孔型方向转角为(1/118)×2p及(1/82)×2p两种,并与前述 图1花纹形状相对应。当两种转角与工件要求转角不同时,可利用图2中Ⅱ、Ⅳ轴右端悬伸部分加挂轮来解决。其分度原理如下:每次分度Ⅱ轴只转一圈就停止,工 件不同转角是依据接通不同传动比齿轮副来达到的。如(1/59)×2p的转角是通过1/59转=(1/59)×2p弧度。
2. 铣头架
铣头架能完成铣刀的旋转运动、X轴及Z轴的数控直线运动(进给及快速),还具有供机床调整用的铣头主轴绕X轴转位运动和铣刀主轴套筒的微量移动运动(对刀用)。
3. 尾座
尾座位于床身的左端,尾座可以沿床身纵向移动,工件的松卡及顶紧靠移动尾座上体中的套筒来完成。

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图3 铣削起始对刀位置

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图4 铣头架移动程序关系
4 铣削花纹孔型的动作循环

1. 首先根据工件要求及花纹孔型选择转换开关的置放位置即1/41、1/59或挂轮选配出的其中一个位置,将自动与手动转换开关扳至自动循环位置。
2. 按花纹孔型方向调整铣头角度,并将铣头架移至右端的第一个孔型的位置(图3)。
3. 输入程序(按孔型Z坐标编程并输入)。
4. 选择铣刀主轴转速(通过挂轮选定)及选定进给速度(一般进给速度选在20mm/min)。
5. 动作循环(图4)。
* 第1个加工循环
起动铣刀旋转,铣头架沿X坐标快速移动AB距离趋近工件至B点,然后以进给速度移动BC距离至C点,铣头架延迟瞬间后快速退回,移动CA距离至A点。第1 个孔型加工完毕后,为了加工第2个孔型,首先铣头架沿Z轴向左移动1个孔型节距OD(图3),然后沿X轴重复第1个孔型的加工顺序,继而再向左移动1个Z 轴 (轴向)节距加工第3个孔型……直至加工完本行中最左边一个孔型之后,分度床头箱进行分度,进行第2行最左端一个孔型的加工,铣头架向右移位加工第2个孔 型……至第2行最右端一个孔型加工完后分度,加工第3行,如此继续下去(图5a)直至最后一行的最后一个孔型加工完毕,退刀,至此同一个方向的孔型全部加 工完毕(第1个加工循环完毕)。铣刀停转。

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图5 孔型加工
* 第2个加工循环
将铣头架铣刀轴线(图3)扳成与第1种孔型方向成90°(据孔型方向要求)的位置,将分度转换开关(实现前述图1中两种花纹轧辊孔型的开关,亦通过图2中 电磁离合器YC1~YC4得电与否使传动链中不同齿轮啮合)扳成1/118或1/82的位置。然后进行一次手动分度。铣头架向右移位,移位距离为孔型轴向 节距的1/2,起动自动循环,铣刀旋转并依照图5b所示步骤进行加工,直至第2种孔型方向的最后一个孔型铣削完毕(第2个加工循环完毕)。退刀、铣刀停 转。至此一根花纹轧辊外圆柱面的交错的花纹孔型加工结束。
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引言

  单圆弧线形叶轮叶片是鼓风机中的关键零件,它的制造方法有焊接、铆接及硬铝压制等。本文介绍一种利用立式铣床工作台面的平移及工件轴心回转的复合运动铣削大直径单圆弧线形叶轮叶片的加工方法。推导出了有关加工参数的计算公式,并进行了实例计算和轮廓加工误差分析。

1 铣制原理及结构

   单圆弧线形叶轮叶片的铣削装置示意图见图1,是由立式铣床经过改装而成。铣制原理见图2,将被加工的工件叶轮安装在铣床附加的等分盘上,等分盘固定在回 转工作台上,使工件与回转工作台同心,并紧固在一起,将铣床的工作台丝杆接长,使丝杆与挂轮系统的万向连轴节作同步转动。只要合适地选择挂轮比,可使铣床 工作台移动和回转工作台的回转运动复合成一条轨迹曲线,即可近似加工出所要求的单圆弧线形叶轮叶片。

1

1、 铣刀 2、工件 3、等分盘 4、回转工作台 5、万向连轴节 6、挂轮架
图1 铣削装置示意图

1

图2 铣削原理图

   运动分析与挂轮比的确定见图2,叶轮上单圆弧线形的二个端点分别为A、B,弧1即是要求的单圆弧,过B点作圆弧1的切线交圆于F点,过A点作BF平行线 交内圆于C点。在切削开始时,使切线BF平行线交内圆于C点。在切削开始时,使切线BF平行于台面的纵向运动方向,于是铣刀从A点开始切削(偏心距为e) 由于台面的纵向运动加上叶轮的旋转运动,使得铣刀在叶轮上加工出一条近似的单圆弧1曲线。当台面移动1距离时,叶轮旋转角度∠BOC=θ0,铣刀至B点。 因此工作台的纵向移动速度v和叶轮的转动角速度ω之间的关系是1。则挂轮比是:

1

式中:S——丝杆的螺距,mm;
θ0——工件转角,度;
Zi——配制挂轮系统齿数。

2 参数计算

  由上可知,加工单圆弧线形叶轮叶片的主要参数是:铣刀A点的位置,即偏心距e,1的长度,叶轮的旋转角度θ0,以上参数均可由图2几何算出。
  已知叶轮叶片的设计参数,进口角β1,出口角β2,进口圆半径r1=D1/2,出口圆半径r2=D2/2,由图2可几何算出或由[1]得1圆弧的半径R为
  R=(r22-R21)/[2(r2cosβ2-r1cosβ1)] (1)

1 (2)

(1) 偏心距的计算
  在ΔBOG中:

1 (3)

在ΔGOO1中:

1 (4)

 在ΔAOO1中,由正弦定理可得,

1或

1 (5)

 又有∠AOL=∠AOO1-∠GOO1
∴ 1 (6)

  (2)叶轮转角θ0的计算
  在ΔBOG中:∠BOG=90°-β1
  在ΔCOH中:∠COH=arcsin(e/r1)
∴ 1 (7)

 (3)工作台移动距离1的计算
  ∵ 1

而1

∴1 (8)

3 实例计算

  已知:一台离心鼓风机的单圆弧线形叶片叶轮的设计参数为:进口角β1=278°,出口角β2=50°,进口圆半径r1=150mm,出口圆半径r2=250mm。
  (1) 参数计算
  由(1)式可得R=714mm,将R值代入(2)式可得R0=585.5mm。
  由(3)式可得1,将1,R0值代入(4)式可得∠GOO1=83.1°,由(5)式可得∠AOO1==1,则由(6)式可得偏心距e=116.6mm。
  由(7)式θ0=90°-β1-arcsin(e/r1)=11.18°
  由(8)式 1

速比计算,1

实际调整后的挂轮比为:1

(2) 误差分析
  由图2可知,当叶轮纵向运动距离为1时,叶轮转过角度为θ,此时铣刀至M点,由此可得:

11,式中: 1?,所以1 (9)

令1,则在ΔMOO1中,由余弦定理可得:
  R2=ρ2+R20-2ρR0cos∠MOO1
令 1

则 y=∠MOO1=∠GOO1+x+θ (10)

  所以 R2=ρ2+R02-2ρR0cosy (11)

  由(9)(10)(11)式可知ρ、y、R均为θ的函数,当θ为不同值时,可求得相应的ρ、y、R值,设轮廓误差为ΔR,则SΔR=R-R。
  由上例中,取一系列的θ值(0≤θ≤11.18°),将对应分别求出的ρ、y、R和SΔR值列于下表。

θ值与SΔR值等对应表
θ ρ(mm) y R(mm) ΔR(mm)
0° 250 110.9° 714.04 0.00
1° 240.02 113.16° 714.83 0.79
2° 230.18 115.54° 715.53 1.49
3° 220.48 118.03° 716.06 2.02
4° 210.94 120.66° 716.43 2.39
5° 201.58 123.44° 716.61 2.57
6° 192.45 126.39° 716.62 2.58
7° 183.35 129.54° 716.47 2.43
8° 174.94 132.9° 716.14 2.10
9° 166.16 136.5° 715.65 1.61
10° 158.76 140.36° 714.95 0.91
11° 151.29 144.52° 714.12 0.08
11.18° 150 145.3° 714.04 0.00

  由表可知,实际廓线比理论廓线稍凸,当θ=6°时,ΔR=2.58mm,误差最大。

4 结论

  利用立式铣床改装,配制挂轮,加工设备简单,工艺成本低。当调试完成后,由于单向转动进给,因而质量稳定。
  该方法可以铣削各种单圆弧线形叶片及其它类偏心圆弧的线形,不受偏心尺寸限制,对于单圆弧直径及偏心尺寸的各种变化只需调整转动比,即调整配换挂轮就可满足,不需其他附加设备,扩大了铣床加工偏心圆弧的范围,同时加工受力情况较好。
  单圆弧线形直径与叶片直径比值愈大,则轮廓精度越高,因而铣削大直径单圆弧曲线更显其优越性。
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一、引言

采用数控铣在模腔上加工阳纹或阴纹的文字、标记、图案等图样,首先需要在模腔的CAD模型表面上建立图样的几何特征。在平面上建立图样特征是容易的,但 是,如何在形状复杂的曲面上建立图样特征,比如塑料照相机外壳表面的皮革纹,使其形状顺应曲面的形状,保持合理的视觉效果则是一个值得探讨的技术问题。本 文从实际应用出发,介绍基于UG的“等弧长投影曲线”功能的原理,探讨其创建曲面图样的方法,以便为在复杂曲面上铣削加工图样创造条件。

二、等弧长投影曲线的原理

一般的曲线投影方式不能在大起伏的曲面上产生符合形状要求的投影曲线,UG的“等弧长投影”功能(Equal Arclength)获得的投影曲线可以解决这个问题。图1显示,在等弧长”投影功能中,UG的CAD系统在平面曲线所在的平面内在用户指定的位置建立一 个笛卡儿坐标系,Z轴指向投影的目标曲面, XY轴顺目标曲面的UV参数曲线的方向建立,Z轴与目标曲面的交点成为UV坐标的原点,在此原点上依曲面的U参数曲线和V参数曲线方向建立UV“曲面坐标 系”,系统映射平面曲线的XY坐标到 “曲面坐标系”的 UV坐标,平面曲线的XY坐标值转化为沿“曲面坐标系”的 U和V参数曲线测量的弧长值。这样实际也就保证了投影后的曲线顺应曲面的U和V参数曲线的形状而变形。比如,一条平行于XY平面坐标系X轴的直线,其投影 曲线将刚好吻合曲面的一条U参数曲线。这种投影方式类似陶瓷帖花工艺将平面的图案帖附于曲面。可见,不管目标曲面多么复杂“等弧长投影”都可以解决曲线图 样的投影问题。

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图 1

三、等弧长投影曲线在实体模型表面建立和加工图样特征的应用

运用UG的“等弧长投影曲线”功能可以将图2所示平面曲线构成的狗头图案象陶瓷帖花工艺一样“缠绕” 在花瓶表面上。

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图 2

根据需要安排狗头图案和旋转体花瓶之间的相对空间方位,投影参考点以及投影方向,由这些条件,系统自动决定的X-Y坐标和U-V坐标轴如图2所示,投影获得的投影曲线如图4所示。这种投影原理的结果类似陶瓷帖花工艺的原理,狗头图案被“转印”到花瓶的旋转面上。

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图 3

对于图3所示旋转体,在加工阶段,使用UG的曲线驱动加工方法,以投影曲线作为刀具的驱动几何对象,生成四轴或五轴铣加工刀轨便可以在花瓶表面上铣削加工阴纹图样的狗头图案。

四、结语

“等弧长投影曲线”功能在三维设计中可以灵活地满足不同的需要,本文就复杂曲面上铣削加工阳纹或阴纹的文字、标记、图案等图样的难题提出解决办法,以满足生产实际的需要。
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1引言

  在铣床上铣削扁榫和直槽时,大部分夹具均采用V形块夹紧装置,但对一些形状、尺寸比较特殊的零件,如图1,若采用V形块夹紧,则会给铣削加工带来困难。

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图1 零件图

   由图1知,用V形块夹紧铣削零件两侧面时,以10外圆定位夹紧,由于其长度太短,只有5mm,虽可以夹持,但远离夹紧点中心,夹紧力不够。铣削时工件易 被铣刀打飞。若加大夹紧力,又容易将其夹紧表面夹成三角形而报废。若以18的外圆加工表面夹入V形块内加工,工件端面则无法定位,造成加工误差。
  为此,我们设计了用圆弧面夹紧的多件铣夹具。如图2所示。既满足了工件夹紧、定位的要求,也简化了夹具的制造工艺,使用这套夹具不但减少了废品率,同时也大大地提高了生产率。

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图2 多件铣夹具
1.特形堵头 2.圆柱头螺钉 3.特形定位块 4.定位块 5.夹具体 6.夹紧块
7.夹紧螺钉 8.定向键 9.沉头螺钉 10.左右盖板 11.圆柱销

2多件铣夹具的结构及技术要求

  2.1多件铣夹具结构如图2所示。它由特形堵头1、定位块3、4、夹具体5、夹紧块6、夹紧螺钉7及定向键8等组成。夹具定向键8安装在X62W铣床工作台面上,并使A面与其工作台面平行,安装后,拧紧夹紧螺钉7即可。

  2.2多件铣夹具的技术要求
  (1)保证各定位块在一条直线上。
  (2)保证各定位块均可在槽内灵活移动。
  (3)定位块中心孔与零件外圆18选取18H/j56的过渡配合。
  (4)各定位块中心孔整体加工后需沿中心孔中心纵向切开。

  2.3多件铣夹具的定位与夹紧方法
  将一组待加工的零件定位于各定位块间中心孔内,由于各定位块在槽内可自由移动,定位后扭紧夹紧螺钉,使各定位块产生挤压,从而实现夹紧的目的。

  2.4铣刀的选择
  在多件铣夹具上可进行端面、侧面及对称平面的加工,加工表面确定后,可根据相应的平面选择不同类型的刀具。图2为采用组合铣刀在X62W铣床上铣削两对称平面。

3结语

  多件铣夹具具有以下特点:
  (1)可对一组零件进行加工,显著地提高了生产率。
  (2)用圆弧面夹紧代替了V形块的三点夹紧方式,保证了产品质量,降低了废品率。
  (3)可以进行大进给量的铣削,工件稳如“泰山”。保证了加工时的位置精度。
  (4)实际生产中,若增加多件铣夹具的定位块数目,其生产率还可进一步提高。
  (5)夹具制作工艺简单,实际操作也较方便。
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图1 零件图

   由图1知,用V形块夹紧铣削零件两侧面时,以10外圆定位夹紧,由于其长度太短,只有5mm,虽可以夹持,但远离夹紧点中心,夹紧力不够。铣削时工件易 被铣刀打飞。若加大夹紧力,又容易将其夹紧表面夹成三角形而报废。若以18的外圆加工表面夹入V形块内加工,工件端面则无法定位,造成加工误差。
  为此,我们设计了用圆弧面夹紧的多件铣夹具。如图2所示。既满足了工件夹紧、定位的要求,也简化了夹具的制造工艺,使用这套夹具不但减少了废品率,同时也大大地提高了生产率。

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图2 多件铣夹具
1.特形堵头 2.圆柱头螺钉 3.特形定位块 4.定位块 5.夹具体 6.夹紧块
7.夹紧螺钉 8.定向键 9.沉头螺钉 10.左右盖板 11.圆柱销

2多件铣夹具的结构及技术要求

  2.1多件铣夹具结构如图2所示。它由特形堵头1、定位块3、4、夹具体5、夹紧块6、夹紧螺钉7及定向键8等组成。夹具定向键8安装在X62W铣床工作台面上,并使A面与其工作台面平行,安装后,拧紧夹紧螺钉7即可。

  2.2多件铣夹具的技术要求
  (1)保证各定位块在一条直线上。
  (2)保证各定位块均可在槽内灵活移动。
  (3)定位块中心孔与零件外圆18选取18H/j56的过渡配合。
  (4)各定位块中心孔整体加工后需沿中心孔中心纵向切开。

  2.3多件铣夹具的定位与夹紧方法
  将一组待加工的零件定位于各定位块间中心孔内,由于各定位块在槽内可自由移动,定位后扭紧夹紧螺钉,使各定位块产生挤压,从而实现夹紧的目的。

  2.4铣刀的选择
  在多件铣夹具上可进行端面、侧面及对称平面的加工,加工表面确定后,可根据相应的平面选择不同类型的刀具。图2为采用组合铣刀在X62W铣床上铣削两对称平面。

3结语

  多件铣夹具具有以下特点:
  (1)可对一组零件进行加工,显著地提高了生产率。
  (2)用圆弧面夹紧代替了V形块的三点夹紧方式,保证了产品质量,降低了废品率。
  (3)可以进行大进给量的铣削,工件稳如“泰山”。保证了加工时的位置精度。
  (4)实际生产中,若增加多件铣夹具的定位块数目,其生产率还可进一步提高。
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在2003 年北京国际机床展览会上,德国一家公司展出了一台超高速螺纹CNC旋风铣床,相对以往滚压(rolling)、滚齿加工(gear hobbing)和铣削加工(milling) ,这种旋风铣削加工是一种较新的加工方法。

该方法具有的特点是:①可重力切削,可以加工硬度58HRC以上的材料;②不用冷却液,环保、经济;③效率是普通铣削的3倍;④表面粗糙度值可达Ra0.4µm ,能减少或免去磨削和抛光工序;⑤形成C型短切屑,易于处理。

单就加工效率和加工质量的同时提高,就值得我们研究学习。
1 旋风铣削原理

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图1 旋风铣削运动原理
旋风铣削加工螺纹的原理如图1所示,加工运动有:刀盘的高速旋转运动R;工件的进给旋转运动C;刀盘相对工件的轴向进给运动W;刀盘相对工件的径向切深运动X。调整参数有刀盘轴线同工件轴线的夹角b、偏心量H。

在加工螺纹时,刀盘高速旋转,转速高达8000r/min,切削速度达到40Om/min 。工件缓慢转动。根据螺纹的螺旋参数,调整刀盘偏转角b,同时使刀盘沿工件轴线移动。刀盘偏转角b等于螺纹的螺旋角。工件转动速度与刀盘的移动速度有下列关系:
VT=nwdwcotb
式中VT——刀盘的移动速度,mm/min
nw——工件的转动速度,r/min
dw——螺纹中径;mm
b——螺纹的螺旋角,rad
旋风铣削的铣削如图2所示,当铣削深度为P时,每齿切削量如图中隐影部分所示。

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图2 旋风铣削图
切屑沿工件外径尺寸为:
aw=(d1nwp)/(znr)
式中d1——未切工件直径,mm
Z——刀盘上布置的刀齿数
由图不难看出,在旋风铣削过程中,每齿的切削厚度都是由小变大,再由大变小。切出时切削厚度由大变小,切削最终表面时切削厚度很小,所以加工表面质量比普通铣削质量高。切人时切削厚度由小变大,因此这种铣削可重力切削。
2 技术关键和难点
利用旋风铣削加工丝杠螺纹,实际上还属范成加工。加工精度影响因素较多,要保证精度,必须保证:

①刀盘要高精度平稳旋转;②刀盘头架运行导轨与工件轴线要有较高的平行度;③工件卡盘轴要有较高的精度;④工艺系统要有较高的动刚度;⑤切削刀头要有较高的成型精度;⑥多刀头的位置精度;⑦刀盘偏转角的调整精度。
3 小结
旋风铣削可以实现干切削、重载切削、难加工材料切削和超高速切削(速度达到400m/min),加工效率高,表面粗糙度能达Ra0.4µm,是一种先进的 加工方法,但刀具材料是关键。旋风铣削机床有4个加工运动,还有一角度调整自由度,结构较复杂。要达到其加工精度和效率,机床的运动精度、动态稳定性、控 制精度、刀具的成型精度和耐用度都要达到很高的要求。
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