高速高精度扩孔的NC刀具轨迹设计

2024-03-24 13:43 浏览:2

箱体是一种常见的加工对象，它的结构形状比较复杂，在箱体上有各种轴承支撑孔和紧固孔，而这些孔的精度与粗糙度又要求较高，所以，通常都是用数控机床来加工。如何设计孔加工的NC刀具轨迹，既可以保证加工的精度又能提高加工效率，是实际工作中经常要碰到的问题。

此处谈到的扩孔是指所有大径孔的加工，分为有无预制孔、是否为通孔等多种情况，其数控机床刀具的加工轨迹设计十分复杂。笔者对刀具参数、孔的形状进行了研究，提出了一种高速、高精度扩孔的NC刀具轨迹设计方法。

图1 刀具加工轨迹
（a）	（b）
图2

2 螺旋扩孔加工

用铣削等方法扩孔加工可以分为三个阶段：导入、加工和退刀。

目前扩孔常用的方法是一层一层加工，即刀具先向下切削导入到一定的深度，再向外扩孔，达到需要的孔径后，刀具退出，一层加工完毕。然后再重复上述动作加工第二层，直到孔加工完成，这实际上是2.5轴加工。这种加工不但费时，精度也难以保证。另外一种方法是从内向外加工，即从zui上面开始，螺旋向下加工完中间的小孔，然后退回上面起始点再向外扩孔，直到孔加工完成。这种螺旋扩孔加工是一种三轴联动的铣孔，它具有加工质量好、加工效率高等优点，但刀具轨迹设计比较困难。现介绍如下：①由刀具半径R和用户设定的加工重叠率k=（R-r₁）/R，确定*次加工的刀具中心运动半径r₁=（1-k）R（加工重叠率k决定加工重叠区域，见图1）；②刀具由圆心沿半径r₁/2的小半圆螺旋线导入，深度为P/4。其中螺距P=H/（N+0.25），H为孔的深度，N为螺旋圈数；③刀具以半径r₁、螺距P进行螺旋扩孔加工N圈；④刀具绕半径r₁圆周走一圈，将底部加工干净；⑤刀具沿半径r₁/2的小半圆弧退出加工面，回到圆心；⑥刀具沿轴心线由孔底部回到孔的上部，见图2a。

当{孔的半径>[刀具半径×（2-k）]}时，还需进行第二次扩孔，方法与前面一样，只是第二次加工的刀具运动半径为r₂= r₁* 2R（1-k）。

同理，当{孔的半径>n[刀具半径×（2-k）]}时，需要进行n+1次扩孔，方法与前面一样，第n次加工的刀具运动半径为r_n=r_n-1+2R（1-k），式中n为正整数见图2b。

下面为刀具轨迹相关部分的G 代码：

0100（NT # 50 2 MCV410）

G91 G17 G00

G92 X0.0 Y0.0 Z100.0

X-72.792 Y-13.986

Z-95.0

G01 Z-15.0 F72 S6543

G03 X4.95 Y4.9 I-4.95 J-4.95

X-4.95 Y-4.95 R3.5

G00 Z15.0

在有预制孔的时候，以预制孔的半径代替r₁即可。