变幅杆解析型曲面的数控车削编程方法研究

2014-12-19侯志利秦慧斌武文革

制造业自动化 2014年9期

关键词：宏程序线型变幅

侯志利，秦慧斌，武文革

HOU Zhi-li1,2，QIN Hui-bin1，WU Wen-ge1

(1.中北大学机械与动力工程学院，太原 030051；2.山西职业技术学院数控系，太原 030006)

0 引言

超声变幅杆是超声加工工艺系统的核心零件，变幅杆将机械振动位移放大、聚能，并且作为机械阻抗的变换器，使超声能量由超声换能器更有效地向负载传输，其性能直接影响着整个工艺系统性能的优劣[1]。

变幅杆的截面半径按特定的解析型曲线沿轴线方向变化，对加工制造提出较高的要求，而目前变幅杆的加工存在加工精度与加工效率不高的问题。本文以悬链线型变幅杆为例，研究了变幅杆回转曲面的数控编程方法，对提高加工零件的表面质量及推广应用超声振动加工技术具有一定的意义。

1 变幅杆解析型曲面的数控编程方法

变幅杆的数控编程以数控车削编程为主，分为手工编程和CAD/CAM软件编程两种。这两种编程方法以采用直线拟合逼近曲线的方法为主，手工编程采用粗车循环指令和宏程序结合的编程方法，代码较为简单，而CAD/CAM软件编程通过软件后处理自动生成程序代码，代码相对冗长。

图1 零件的数控编程一般过程

零件的数控编程一般过程如图1所示。其中，确定加工工艺方案是数控编程的前提与基础，加工工艺方案具有不唯一性，在一定程度上讲，加工工艺方案决定了加工走刀路线的繁简与零件加工质量的优劣；手工编程的数学处理，即计算走刀轨迹及公差数值处理是编写程序代码的关键，准确的数值计算可以保证零件的加工外形尺寸。

综合文献[2-5]及图1分析，变幅杆解析型回转曲面的手工编程方法可以采用伸缩步长法拟合非圆曲线计算控制误差，并使用粗车循环指令G73与宏程序相结合的编程方法，算法简单实用，程序易于修改，可以重复加工同类不同尺寸的零件，能生成系列化配置的指数型、悬链线型变幅杆的数控代码，提高变型变幅杆的数控编程效率。

此外，也可以利用MasterCAM软件的车削编程模块读取变幅杆解析型回转曲面母线的数据，数据尽可能保持小步距密集化，后处理生成精加工程序段，使用粗车循环指令G73和精车循环指令G70编制程序。此种方法，可以省略数学处理的手工过程，简化程序，实现变幅杆曲面的数控编程与加工。实践加工证明，这两种数控编程方法均可行准确。

2 变幅杆的加工工艺分析与解析型曲面的数控程序编制

2.1 变幅杆的加工工艺分析

图2 悬链线型变幅杆的零件图

以悬链线型变幅杆（如图2所示）为例，此零件主要有端面、内螺纹、退刀槽、外螺纹、解析型母线回转曲面等加工特征，毛坯材料为45钢，其中解析型母线回转曲面是变幅杆重要的曲面特征，它是变幅杆声波传递、振幅放大的关键。选用FTC-20数控车床加工，“一夹一顶”装夹方式（即三爪自定心卡盘装夹和回转顶尖支顶），以及通用刀具和量具。其加工过程为：

1）下料：毛坯棒料Φ90 mm×150mm；

2）车右端面、钻中心孔及M8×1底孔；

3）车左端面至总长、车退刀槽、车外螺纹M18×1.5；

4）粗、精车悬链线型回转曲面；

5）车内螺纹M8×1。

悬链线型回转曲面精加工走刀轨迹如图3所示。