基於普通數控車床的等距型麵加工研（yán）究（jiū）
2021-5-6 來源：沈陽理工（gōng）大學機械（xiè） 內蒙古北方重工業 作者：薑增輝 薑智（zhì）勇 張（zhāng）宇庭 仉智寶 馬立久
摘（zhāi） 要: 等距型麵連接在（zài）重載機械（xiè）的大扭矩傳遞中已呈現取代（dài）傳統鍵連接的趨勢。目（mù）前常采用加工（gōng）中心來完成等距型（xíng）麵的切削加工。提出（chū）了一種應用普通兩軸數控車床加工等距型麵的方法，利（lì）用 G32 指令（lìng）車削端麵螺紋的功能代替加工（gōng）中心的 C 軸功能，實現切（qiē）削中圓周角度的精確定位與（yǔ）跟蹤。建立了（le）利用 G32 指令擬合加工等距型麵的模型，並設計了相應宏（hóng）程（chéng）序。建立了基於 VERICUT 的仿真切削環境（jìng），並進行了車削仿真加工（gōng）。結果表（biǎo）明，應用普通兩軸數控車床可以實現等距型麵的切削加（jiā）工，且選取適合（hé）的分割增量角對保證加工精度非常重要。
關鍵詞: 等距型（xíng）麵; 數控車床; 車削; 宏程序; 仿真加（jiā）工
型麵連接相比鍵連接具有更好的對中性，更小的（de）應（yīng）力集中和更大的連接（jiē）剛度，其在大扭矩傳遞中逐漸得到了廣泛應用。在型麵連接中，其廓形（xíng）曲線以等距廓形曲線應（yīng）用最為廣泛。等距型麵連接加工（gōng）可以采用靠模仿型法和機械式運動合成法實現，但這些方法製造柔性差，生產效率（lǜ）低。目前，通常在（zài）三軸（zhóu）以上加（jiā）工中心上采用車削或銑削方式完成等距型麵的加工，這大大提高了（le）加工（gōng）設（shè）備成本在零件製造成本中的占比，也使得一些加工中心較少的小微加工企業不得不放棄這類產品的生產訂單。
為（wéi）解決這一問題，提出了一種在普通兩軸數控車床上，利用 G32 指令加工等距型麵的方法。
1 、基於（yú） G32 的等距（jù）型麵車削原理
等距型麵是一種非回（huí）轉（zhuǎn）體型麵，普通兩軸（zhóu）數控車床（chuáng）在利用直（zhí）線插補指令 G01 車削加工中不能實現車刀在工（gōng）件圓周方向的定位和跟蹤，因此無法通過 G01利用 X、Z 軸（zhóu）聯動完成等距型麵加工。螺紋車削指令 G32 可以通（tōng）過調用主（zhǔ）軸編碼器實現主（zhǔ）軸轉速和車刀進給之間的精確配合，由此可以利用 G32 以阿基米德螺旋線擬（nǐ）合等距型麵曲線，在普通兩軸數控車床上實現等距型麵（miàn）的加工。
1．1 G32 車削等距型麵原（yuán）理
G32 為單行（háng）程車（chē）削螺紋指令，加（jiā）工端麵螺紋時，X軸（zhóu）進給（gěi）和主軸轉動進行閉環聯動，由（yóu）此可以將等距型麵廓形曲線拆分成小段（duàn）曲線，用 G32 逐段擬合。為進行擬合加工對等距廓形曲線進行等弧長分割，可得到分割點 P1、P2，…，Pi，…，Pn。用 G32 指令以上述分割點依次為起、終點逐段擬（nǐ）合等距廓形曲線，可實現等距型麵的加工。G32 指令的代碼一般結（jié）構為:G32 X( U) Z( W) F( I) Q其中（zhōng）: X 為終止點的極徑; Z 為終（zhōng）止點 Z 軸坐標; F 為螺紋螺距，即主軸旋轉（zhuǎn）一圈 X 方向的增量; Q 為起始點角度。
若應用 G32 代碼擬合加工等距型麵，需確定加工每一段被分割的等 弧長 曲 線 時 參 量 X、Z、F、Q 的（de）賦值。以如圖 1 所（suǒ）示等距三邊型麵為例（lì），其等距廓形曲線由小圓弧 AB 和大圓弧 BC 構成的廓形（xíng）曲線段 AC 以120°中（zhōng）心對稱所（suǒ）得，因此實現 AC 段曲線的擬合加工，即可實現完整等距三邊廓形的加工。選小弧中點 P0( 即 D 點) 為起（qǐ）刀點，此處（chù）進、退刀不易劃（huá）傷已加工（gōng）表麵（miàn）。由於圓弧 AD 與 CE 以 O 點呈 120°的中心對稱，則前述對 AC 段曲線的加工轉化為了對 DE 段曲線的加工。下麵就如何求得擬合加工曲線段（duàn） DE 時 G32 代碼的各參量賦值進行分析。
1．2 X 的賦值分（fèn）析
由於小圓弧 AD 與 CE 以 O 點呈 120°的中心對稱，式( 1) 對於（yú）小圓弧 CE 在（zài）以其自身圓心為原（yuán）點建立的小（xiǎo）圓弧（hú）相對坐標係內同樣成立（lì）。大圓（yuán）弧 BC 在絕對坐標係 XOY 內的方程為：
1．3 Z、F 的賦（fù）值分析
與 X 的的賦值類似，在對每一段被分割曲線弧（hú）的擬合加工時參量 Z 也需重新賦值。
1．4 廓形（xíng）曲（qǔ）線（xiàn）的分割及（jí） Q 的賦值分析
如圖 1 所示，擬合加工曲線 DE 的起刀點 P0( D)在小圓弧 AB 上，由此先對小圓（yuán）弧 AB 進行分（fèn）割，且其中對小圓弧 AD 部分的分割，其方法對小圓弧 CE 同樣成立。
2 、宏程序設（shè）計
在（zài）擬合車削等距三邊型麵的數控程序中（zhōng），指令G32 中（zhōng） 4 個參（cān）量的賦值（zhí）計算是核心（xīn）內容。為此（cǐ），設計（jì）參（cān）量（liàng）賦（fù）值宏程序（xù）如圖 3 所示。
通過宏程序（xù）實現等弧長分割（gē），完成分割點坐標（biāo）、極徑和極角的計算，並對 G32 代碼中的參量進行賦值。
3 、等距三邊型麵的虛擬加工
通過虛擬加工等距三邊型麵驗證以 G32 擬合（hé）車削等（děng）距型麵的可行性（xìng）。毛坯選擇直徑 101 mm 長 400mm 的中碳鋼棒料，擬加工得到大（dà）徑 50 mm 小徑 41．38mm 的等距三邊型麵。
3．1 加工參數
為提高切削效（xiào）率，保證加工質量，采（cǎi）用切削深度、軸向進給量逐漸遞（dì）減，低速粗車、高速精車的切削參數選擇方案。擬進行四刀粗（cū）車、一刀精車，其（qí）加工（gōng）刀路如圖（tú） 4 所示，切削參數如表 1 所示。車削參數粗（cū）車最後一刀留有偏置餘量 0．31 mm，這樣精車背吃刀量恒定，提高加工精度。
表 1 車削加工切削參數
3．2 構建虛擬機床
根據被加工件尺寸選用 MJ－460 數控車床為原型建立虛（xū）擬機床。該機床隻具（jù）備 X、Z 軸，沒有 C 軸（zhóu）功能，其斜床身利於排屑，有更好的穩定性。
通過 UG 建立機床部件的 STL 模（mó）型文件，並導入VERICUT 中構建虛擬車床 ( 如圖 5a) ，並（bìng）由表 1 切削（xuē）參數仿真加工得到等距三邊型麵( 如圖 5b) 。
4 、仿真結果與分（fèn）析（xī）
如前所述可知，等距曲線的分割增量角，即小圓弧圓心角增量!θ1，對加工精度有很（hěn）大影（yǐng）響。為研究!θ1對（duì）加工精度的影響規律，分（fèn）別取!θ1為 1°、2°、3°和 4°進行了仿真切削，並采用（yòng） VERICUT 距（jù）離測量工具對加工誤差（chà）進行了測量。測量位置如圖 6 所示位置，包括等距廓形曲線在小弧頂點、大（dà）弧頂點及大弧與小弧相切點共 12 個特征點。結果（guǒ）如圖 7 所示。
由圖 7 可知（zhī），所測點位加工誤差均為殘留，無過切發生。測量點位中小弧（hú）頂點殘留值最大，大弧頂（dǐng）點殘留（liú）值最（zuì）小，這是（shì）由於擬合加工等距廓形時，采用了等弧長方法對廓形曲線進行分割，而小弧（hú）段分割曲線（xiàn）段（duàn）曲率相對較大，導致擬合間隙也較大，因（yīn）此（cǐ）加（jiā）工殘留相應較（jiào）大。
另外，加工誤差（chà）與分割增量角並（bìng）非線性增加關係，增量角增大可導致最大誤差的增幅迅速變大，且加工誤差（chà）在（zài）等距廓形上的（de）波動幅（fú）度也迅速變大。因此，選取（qǔ）較小的分（fèn）割增量角（jiǎo）有利於提高廓形的加工精（jīng）度。但應注（zhù）意，實際加工中受機床進給精（jīng）度和數控係統預讀速度的影響，分割增量角不宜選取過小。
過小的增量角可使擬合加工中單步徑向進給量小（xiǎo）於機床徑向進給精（jīng）度，徑向進給運動（dòng）失真。另外，增量角越小，程序段越多，將導致數控係統的響應（yīng）無法跟上加工路徑執行速度，機床進給運（yùn）動會減速、爬行（háng），加（jiā）工表麵會因為程序的停頓而產生明顯的刀痕。
5 、結語
建立了基於普通兩軸數控車床 G32 指（zhǐ）令的等距型麵加工方法，設計了參量賦值宏程序，並通過構建虛擬機床進行了加工仿真，得到如下結果:
( 1) 通過 G32 指令可在普通兩軸數控車床上實現等距（jù）型（xíng）麵的加工（gōng）。
( 2) 選取合適的分割（gē）增量（liàng）角對保證等距型麵的表麵加工精度十分重要。
減小分割增量角可降低已加工表（biǎo）麵殘留誤（wù）差，並收窄誤差波動幅（fú）度，但過小的分割增量（liàng）角可能導致車削進給運動的減速和失真，反而降低已加工表麵質量和精度。
投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發（fā）表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵（yóu）箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發（fā）表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵（yóu）箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關信息
業界視點
| 更多
行（háng）業數據
| 更多
- 2024年11月 金屬切削機床產量數據
- 2024年11月 分（fèn）地區金屬切削機床產量數據
- 2024年（nián）11月 軸承出口情況
- 2024年11月 基本型乘用車（轎車）產量數據
- 2024年11月 新能源汽車產量數據
- 2024年（nián）11月 新能源汽車銷量情況
- 2024年10月 新能源汽車產（chǎn）量數據
- 2024年10月 軸（zhóu）承出口情況
- 2024年10月 分地區金屬切削（xuē）機床產（chǎn）量數據
- 2024年10月 金屬切削機床產量數據
- 2024年9月 新能源汽車銷量情況
- 2024年8月（yuè） 新能源汽（qì）車產量數據
- 2028年8月 基本型乘用車（轎車）產量數據
博文選萃（cuì）
| 更多