关于对大型圆弧板件的技术攻关

山西省长治市清华机械厂 (046012) 胡秀文

1.板件的结构特点

如图1所示，该件为方330 mm×330 mm的弧形板件，表面粗糙度值Ra=3.2 μm，270 mm×266 mm的方形是由45°的斜面延伸形成的，且45°斜面根部为R10的圆弧衔接过渡。立体图如图2所示。整体形状偏大，如果采用传统的铣圆弧方法加工，需要的刀具比较长，加长刀具有刚性低的缺点，不仅影响加工效率，还容易产生振刀现象，从而影响产品的表面质量。所以，只能采用参数编程，用短刀具进行快速的对大面积零件的切削，因此也增加了编程难度。

图1

2.加工分析

由于零件结构形状偏大，无法直接用铣圆弧编程方法来加工，所以采用参数编程，通过用微小直线段来逼近圆弧的形成。选用球头铣刀，铣削顺序如立体图编号。零件表面粗糙度值要求Ra=3.2 μm，在编制程序中，把加工圆弧面旋转步距记作绕圆弧圆心的旋转角度，45°斜面的移动步距记作在任意一个坐标轴的每次走刀距离。以下是为保证Ra=3.2 μm表面粗糙度值的步距的计算方法:

图2

圆弧面变化度数计算公式如下:

如图3所示，A为变化的度数;Dr为球刀半径;R为被加工圆弧半径;H为表面粗糙度值。

图3

其中:b=R+Hc=Dr+R;

a=Dr

45°斜面步距变化计算公式如下:

如图4所示，P为变化的步距;Dr为球刀半径;H为表面粗糙度值。

图4

3.分析加工编程方法

结合图1和图2，现分别分析1、2、3、4各部分的编程方法和各个参数的计算关系式。

(1)第一部分加工的要素有:R1075，R10，45°，R1090，并且为对称方向，所以另一个方向用镜像功能。如图5及放大图B:R1075处X和Z的参数方程关系为:把起始角度8.24°到终点角度7.73°的角度变化记作α:

X=sinα × (1075+Dr)

Z=cosα × (1075+Dr)

Y为定值，Dr为球刀半径 (下文同理)，R10处X和Z的参数方程关系为:

X=a－sinα× (10－Dr)

Z=b－cosα× (10－Dr)

Y为定值，45°斜面处X和Z的参数方程关系为把Z点的起点坐标到终点坐标的步距变化记作β:

X=a－tan45°×β+sin45°×Dr

Z=b+β+sin45°×Dr

Y为定值，R1090同理R1075的方程关系。

图5

(2)第二部分加工的部位为R1075和R1075线条形成的R10和45°斜面。本部分只分析R10和45°的斜面。如图6所示。分析得知，R10和45°斜面的形成分别是R1075线条沿着R10和45°做的轨迹，因此在编程时，要考虑圆弧半径由小到大的变化。再者，由两点和半径可做出一个圆弧的道理并结合图5得知，在圆弧半径变化的同时，当前半径的起点和终点也在变化。

R10处的参数方程关系为:

R=1075+10－cosα × (10－Dr)

X起点 (终点)=165;定值

图6

45°斜面处的参数方程关系为:

R=1077.93+β+cos45°×Dr

X起点 (终点)=165;定值

(3)第三部分加工的是零件底面，属于内圆弧，在处理该部分参数关系式时，和外圆弧不同之处是外圆弧是圆弧半径加球刀半径，内圆弧是圆弧半径减球刀半径，其余都相同。

4.结语

参数编程是通过分析图形结构，找出一个变化的要素，并且该要素能影响其他要素的形成，最主要的是要找准变化要素和被变化要素之间的关系式，才能确定整个零件的形成。该件就是采用参数编程，在保证粗糙度的前提下，用多个微小的直线段逼近成整个零件，采用该方法可以加工形状类似、尺寸无论多大的产品零件，有效地节约了后续产品的再次加工的编程时间。