用球头铣刀加工模具曲面时刀具路径的优化

用下列方法进行计算 :
aeo = 2
h(2 R - h)ρ ρ±R
(2)
式 (2) 中 ,当零件曲面上凸时取正号 ,下凹 时取负号 。ρ为曲面上某处的曲率半径 。
实际编程时 ,如果零件曲面上各点的曲率
变化不太大 , 可取曲率最大处作为标准计算 。
有时为了避免曲率计算的麻烦 ,也可采用下列
近似公式来计算行距 :
在相邻两层切削刀路间移刀时 ,最有效的 方法是附加圆滑刀具转接 。如图 6 中 2 处所 示 ,两层间的刀路圆弧转接既保证了刀路的平 滑过渡 ,又符合螺旋下刀减少切削阻力的要求 。
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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模 具 技 术 2009. No . 2
同 ,取决于曲面的曲率半径ρ与允许的插补误 差δ允 (其值应小于零件加工精度) 。步长 L 可
ded , a nd t he mol d surf ace qualit y was also i mp roved. Keywords : ball cut te r ; p a rallel cut ti ng ; mol d surf ace ; t ool p at h ; op ti mizati on
e re d co mp re he nsively t o e n ha nce bot h p r oducti on ef f icie ncy a n d surf ace qualit y. If t he re we re la rge dif f e re nces bet wee n t he surf ace cur vat ure ra diuses , t he r ow sp aci ng a nd st ep
Abstract : The p a rallel cut ti ng t ool p at h ge ne ratio n of ball2cut t e r was t a ke n as a n e xa mple t o st udy t he cut ti ng t ool p at h op ti mizati on f ro m t he asp ects of r ow sp aci ng , step le ngt h , sur2
0 引言
模具铣削数控加工对象大多为曲面加工 , 球头铣刀因切削过程中被加工曲面与铣刀球面 的公法线经过铣刀球面的球心 ,使干涉过切现 象易于监测 ,切削运动轨迹易于控制 ,而在复杂 曲面的数控加工中得到广泛的应用 。
然而 ,在实际工艺实施过程中 ,由于工艺人
收稿日期 : 2008210230 作者简介 : 张导成 (19662) ,男 ,副教授 。
员对球头铣刀的铣削参数 、铣削方式 、影响刀具 路径优化的参数等了解不透 ,导致加工的模具 曲面达不到技术要求 ,甚至产品报废 ,因此 ,如 何合理地规划刀具路径对数控加工具有重要的 意义 。
1 球头铣刀的铣削参数与铣削方式
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模 具 技 术 2009. No . 2
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文章编号 :100124934 (2009) 0220059204
用球头铣刀加工模具曲面时刀具路径的优化
张导成1 , 潘建新2 , 周小红3
(1. 湖南网络工程职业学院 机电工程系 , 湖南 长沙 410004 ; 2. 湖南科技职业学院 机电工程与技术系 , 湖南 长沙 410004 ;
刀具沿着相互平行的方向铣削零件 ,产生数控
铣削程序 。辐射走刀精加工 ( Radial Finishing)
能使刀具由零件上任一点 ,沿着向四周散发的 路径加工零件 。投影加工 ( Project Finishing) 能
把 2D 图形或刀具路径投影在零件几何模型上 ,
产生零件的 3D 精加工走刀路径 。流线走刀精 加工 ( Flowline Finishing) 使刀具沿曲面形状的
图 3 MasterCAM 曲面曲率分析菜单
在求得曲面的最小曲率半径后 ,代入式 (2) 和式 (4) ,即可求出加工时需要的行距和步长 , 此时计算出的数据能根据曲面的精度误差达到 最佳值 。
3 刀具路径优化的其它策略
除了以上分析的通过合理选择行距和步长 来优化加工刀具路径以外 ,还可以从以下几个 方面规划刀具路径 :
le ngt h s houl d be det e r mi ne d i n p a rtitio ns . B y usi ng cutti ng i n a nd cut ti ng out , a nd by at t ac2 hi ng s moot h t ra nsiti ons bet wee n t he t ool p at hs , t he ea rly f ailure of t he cut ti ng t ool was avoi2
自然走向产生刀具路 径 。直纹面 加工 ( Ruled
Toolpat h) MasterCAM 还提供多种加工直纹面 的特别方法 。
在这些丰富的曲面精加工功能中 ,平行走
刀精加工是应用最为普遍的方法 ,可用来加工
复杂的模具曲面零件 。然而 ,由于没有科学合
理地选择好直接影响产品表面质量的 2 个主要 因素 :行距 aeo 和步长 L ,实际应用中某些产品的 表面质量达不到技术要求 。
图 1 、图 2 中 h 为残留沟纹高度 ,有如下的 关系式 :
h=
R2 -
aeo 2 2
(1)
2 球头铣刀应用于平行走刀精加工 刀具路径时的优化
目前刀具路径的产生主要通过 CAM 软件 实现 ,MasterCAM 作为一种主流的 CAM 软件 ,
提供了多种曲面精工方法 。
平行走刀精加工 ( Parallel Finishing) 能使
Leabharlann Baidu
图 1 apo ≤R 时的铣削层参数
当 apo > R 时 ,在 - ( aeo - R) ≤ z < ( R - h) 处为非对称铣削 ,在 ( R - h) ≤z ≤R 处为对称铣 削 ,如图 2 所示 。
图 2 apo > R 时的铣削层参数
曲面精加工时 ,因加工余量一般较小 ,故通 常为图 1 所示的铣削方式 。
MasterCAM 软件 ,方法如下 :
选择菜单 Analyze/ Surfaces/ Curvat ure , 菜
单如图 3 所示 ,其中 Facet size 用来确定缀面的
大小 (以像素为单位) ,曲面被细分为许多方形
的小缀面 , Facet size 越小 ,缀面越多 ,分析的结
果越精确 。菜单中的其它项取缺省值 。
按图 3 菜单中的 Do it ,曲面的最小曲率半
径会在提示行显示出来 。
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陷面 (即曲面有突变区) 时 ,将曲面划分为几个 区域 ,确定各自不同的步长和行距 ,保证加工轨 迹的一致性 ,实现零件表面的质量最优化 。
图 4 所示为某公司生产的电话机底壳产品 示意图 。在加工该产品电极时 ,应认真考虑产 品的结构特点 。由图 4 可知 :区域 1 比较陡峭 , 而区域 2 则比较平坦 。编制数控加工程序时 , 应将 2 个区域区分开来 ,用不同的步长和行距 进行加工 。这样才能保证精加工后两个区域的 残留高度大小和均匀程度基本一致 ,工件最后 的表面质量才能达到最佳 。
按式 (4) 进行计算 :
L = 2 δ允 (2ρ- δ允 ) ≈2 2ρδ允
(4)
实际应用时 ,可按曲面曲率最大处作近似
计算 ,然后用等插补段法编程 ,这样做要方便得
多。
以上行距 aeo 和步长 L 的计算过程中都涉 及到曲面的曲率半径ρ,精确计算出曲面某处的
曲率半径是困难的 ,比较简便的方法是借助
3. 湖南省长沙市宁乡县教育局 , 湖南 长沙 410600)
摘 要 : 以球头铣刀产生平行走刀精加工刀具路径为例 ,从行距 、步长 、曲面分区加 工 、切入切出点确定 、行间和层间附加圆滑转接等方面对刀具路径的优化进行研究 ,指 出行距和步长的选择应综合考虑 ,以兼顾生产效率和曲面质量 。当曲面曲率半径变化 较大时 ,应分区确定行距和步长 。切入切出点以及刀路间圆滑过渡不仅能避免刀具过 早失效 ,且能提高模具表面质量 。 关键词 : 球头铣刀 ; 平行走刀 ; 模具曲面 ; 刀具路径 ; 优化 中图分类号 : T G659 文献标识码 : B
(1) 选择合理的行距 aeo 。由图 1 可以看 出 ,行距 aeo 的大小直接关系到加工后曲面上残 留沟纹高度 h 的大小 , h 大则表面粗糙度大 ,影
响零件加工精度 。行距 aeo 选得太小 ,虽然能提 高加工精度 ,但程序太长 ,占机加工时间成倍增
加 ,效率降低 。因此 ,行距 aeo 的选择应力求做到 恰到好处 。行距 aeo 的选择取决于铣刀半径及允 许的沟纹高度和曲面的曲率变化情况 。可考虑
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Die and Mo uld Technology No2. 2009
球头铣刀的主要铣削参数有 : 刀具转速 n r/ min 、切深 apo mm 、行距 aeo mm 、铣刀每齿进给 量 f z mm/ z 、进给速度 vf mm/ min 、铣刀球面半 径 R mm 、铣刀齿数 Z。
参考文献 [ 4 ] 对球头铣刀铣削曲面的情况 进行了研究 , 研究结论表明 : 沿铣刀轴线 z 方 向 ,当 apo ≤R 时 ,球头铣刀在 ( R - aeo ) ≤z < ( R - h) 处为非对称铣削 ,在 ( R - h) ≤z ≤R 处为对 称铣削 ,如图 1 所示 。
aeo = 2 2 R h
(3)
有时为了减小沟纹高度 ,也可以在原来的
两行距之间 (刀峰处) 加密行切一次 ,即进行一
次去刀峰处理 ,这样相当于将 aeo 减小一半 ,实际 效果会更好 。
(2) 选择合理的步长 L 。步长 L 的确定方
法与平 面 轮 廓 曲 线 加 工 时 步 长 的 计 算 方 法 相
f ace p a rtitio n p r ocessi ng , cut ti ng i n a nd cut ti ng out p oi nts , s moot h t ra nsiti ons bet wee n r ows
a nd t he la ye rs , a nd s o on . It was p oi nt e d t hat r ow sp aci ng a nd st ep le ngt h s houl d be consi d2
(3) 在遵循有关编程原则基础上附加合理 的圆滑转接 。在相邻两行切削刀路间 、在相邻 两层切削刀路间附加圆滑转接 。
如图 5 所示 ,在使用软件所提供的刀路光 顺化设置后 ,相邻行切刀路中的行间移刀中自 动附加了圆滑的转接 (图 5 中 2 处所示) ,另外 经过一定的设置 ,在图 5 中 1 处又附加了圆滑 的刀具切入及切出转接 。这样既保证了刀路轨 迹的平 滑 又 有 效 避 免 了 两 行 切 间 的 拐 硬 弯 现 象 ,使刀路平滑的转接到下一行去了 ,此种转接 方法普遍使用在各种曲面铣削方法中 。
(1) 当一个曲面上存在着若干个凸出或凹
图 4 根据曲面的曲率变化划分不同区域
(2) 充分考虑切入点和切出点的影响 。在 切入 、切出处 ,可以外延时 ,通过沿零件轮廓曲 线的引入 、引出弧或者引入 、引出线切入和切出 零件表面 。当切入 、切出无法外延时 ,铣刀可沿 零件轮廓的法线方向切入和切出 ,并将其切入 、 切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处 。