凹椭球面数控铣削加工研究

    摘要:本文分析了凹椭球面的数控加工工艺,提出了凹椭球面的数控加工方案,给出了凹椭
球面的加工程序。

 

　　关键词

:凹椭球面;参数编程;曲面加工 

　　

 

　　凹椭球面是一种模具的成型曲面

,本文采用 FANUC-Oi-MB 型数控系统,主程序直接使用

宏程序参数编程方式

,在 DXK45 型数控镗铣床上,对加工凹椭球面的过程予以探讨: 

　　一、凹椭球面的结构特点

: 

　　如图

1 所示为凹椭球面,该曲面在三维空间各基准面投影均为椭圆。分别以 a、b、c 代表基

面内椭球面的长半轴

,短半轴,和高半轴。 

　　该椭球面在编程时各半轴长度均可用参数变量方式表示

,只需改变设置的参数值即可改

变椭球面形状。此种方法在加工路径相同、尺寸不同、形状类似的系列零件时方便实用。

 

　　二、椭圆曲面的加工过程分析

: 

　　要求

:加工出长轴 35mm、短轴 20mm、高半轴为 15mm 的凹椭球面; 

　　毛坯料

:85×85×40mm 铝块,平口虎钳固定装夹; 

　　曲面手工编程加工时

,首先根据曲面特点选择加工刀具,其次确定曲面的加工方法,工序

安排

,然后通过建立数学模型,表示出各相关参数变量之间关系,进行程序编制。 

　　

(一)选择加工刀具。加工深度小于或等于高半轴的凹椭球面时,平底刀具由于自身结构特

点

,无法直接加工凹椭球底部的曲面,需使用其他类型刀具切除曲面底部残料(如图 2 所示),而

且换刀时易产生高度误差

(阶刀痕),影响加工质量,故不宜直接作为凹椭球面精加工刀具使用。

 球型刀具可适用于整个凹曲面的加工,但它不适合用来去除凹体中大部分余料,可用键槽刀
等刀具

,先进行开粗,再使用球头刀进行曲面精加工(如图 3 所示)。椭球曲面存在最小曲率半

径处

,将会限制使用的刀具半径,刀具直径过大会发生过切,加工前需要依据计算所得的曲面

最小曲率半径进行选刀。

 

　　

(二)确定曲面加工方法。手工编程曲面加工采用两轴半的等高结合参数线差分的方法,即

刀具在一定高度层上用直线逼近本层内曲面的参数曲线

,然后抬升或降低高度层,依层进行加

工的方法来实现曲面的数控加工。同时可设计层内刀具的初始位置以及刀具的切入和切出轨
迹

,以消除刀痕,提高加工质量。但需计算出不同高度层内曲面轮廓轨迹的参数表达式。对于球

刀加工凹椭球面可采用球刀球心走长、短、高半轴均减小一个刀具半径值所形成的椭球面包
络线来实现。

 

　　

(三)建立数学模型,确定各参数变量的关系。凹椭球面可采用椭球面参数方程方法建立模

型

:空间内椭球面参数方程为: 

　　实际应用先将它转化为各基面的标准方程

:平面内椭圆参数方程为: 

　　在沿长半轴抬高过程

,建立的椭圆参数方程为: 

　　抬高后新平面内的椭圆参数方程变为

: 

　　其中

(0<φ<360)为平面内角度变量,(0<θ<90)为抬升面内的角度变量。 

　　

(四)其他影响曲面加工因素。可通过修改椭球面长、短、高各半轴的长度参数值,或改变抬

升层参数设置的办法

,减小或增大抬升层高度来控制精度,实现椭球面粗、精加工。也可以通过

改变平面内控制形状的角度参数来控制零件加工的几何形状精度。

 

　　

(五)凹曲面加工程序编制

　　

1)为减少球刀沿高度方向的进给,先使用键槽刀开粗,程序略;2)选用球头铣刀,刀具直径

要依据椭圆最小曲率半径确定。若椭圆方程为