组合机床刀具切削parameter的联动Design-【FAENWSI】

摘要:组合机床多轴箱刀具切削参数设计是组合机床设计中计算量最大和最关键的一项工作,为了保证生产率和一定的刀具使用寿命,往往要经过多次计算才能使各轴的切削参数达到理想的状态。在这个问题背景下论述了利用计算机辅助设计多轴箱切削参数的方法,实现了组合机床参数设计半自动化的目的。

1.      前言

  组合机床在机械制造业中具有经济高效等优点,尤其在大批量制造业中应用最为广泛。虽然其设计方法已相当成熟,但进一步减轻设计计算工作量仍有非常重要的现实意义。单机组合机床的设计工作量主要体现在总体设计(三图一卡)和多轴箱部件的设计上,其中各主轴的切削参数设计最关键,它是总体设计和多轴箱设计的基础。一般在确定同一多轴箱各主轴切削参数时要努力去满足生产率的要求,同时也要考虑刀具耐用度以降低生产成本,要使切削参数达到较合理的状态,不经过多次计算是难以做到的。在主轴数量较多而且各加工孔直径相差较大时计算工作就更为繁重,而且容易出错。本文介绍的利用计算机辅助计算实现各轴刀具参数联动设计的方法,具有简单、直观、方便、不易出错等优点,不仅能以交互方式确定切削用量,而且还为多轴箱的设计准备了全部的基础数据。解决了总体设计阶段烦琐的计算问题,实现了参数设计的半自动化。

1.     参数设计在组合机床设计中的地位

被加工零件的工艺被制订以后,加工方法和刀具参数也随之而定,组合机床的设计也就有了最原始的依据。进入机床总体设计阶段以后,可以说总体设计的三图一卡和多轴箱的切削参数的确定是交错进行的,即通过反复的参数计算和图纸的修改完成总体设计,有时这个过程还会延伸到多轴箱的设计阶段。有一个好的参数设计工具,一定会给设计带来极大的方便。图(1)表示了切削参数设计在整个组合机床设计中的位置。

1.     计算机辅助参数设计流程

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孔系加工的组合机床多轴箱切削参数计算机辅助设计流程如图(2)所示,整个过程可分为两大部分:切削参数的预算、切削参数的调整,这两个过程中各主轴的切削参数()都必须满足以下条件:

对于钻、扩、铰孔

对于多齿刀具(如平面锪刀)

上两式中:Vf——滑台进给速度(m/min),Vi——第i号刀具的切削速度(m/min,fi——第i号刀具的每转进给量(mm/r),di——第i号刀具的直径(mm),fiz——第i号刀具的每转每齿进给量(mm/r.z),z——第i号刀具的刀齿数。

3.1 切削参数的预算

由于同一主轴箱上各主轴上刀具的直径、刀具结构等因素的不同,所允许的切削用量范围也不同,为了各主轴间建立一种联系和约束,即各主轴的切削用量(Vf,Vi,fi)满足(1)或(2)式,必须进行预算(按要求输入各轴参数即可),以便进行比较计算。

3.2  切削参数的调整

全部主轴的切削参数预算完成后,各轴的切削参数通常是不能满足要求的。调整是在满足式(1)或式(2)的前提下进行,第一种状态是固定各轴的进给量fi,通过改变滑台进给速度Vf来同时改变各轴的切削速度Vi;第二种状态是固定滑台进给速度Vf,通过改变各轴的进给量fi来单独改变各轴的切削速度Vi。通过以上两种状态的交替调整就能使各主轴的切削参数达到理想的状态。

1.     计算软件界面设计

图(3)所示为程序界面,可分为三部分:原始数据输入区、切削参数调节区、结果输出区。

4.1 软件界面控件含义

加工方法:选定刀具形式和被加工材料,继而确定切削速度V和进给量f的范围。

主轴编号:一个主轴编号代表了一组数据,只要输入相应的主轴号,就可对这组数据进行计算和修改。

相同主轴数:指在同一多轴箱上,相同刀具结构的主轴数量。

刀具几何参数:输入刀具的直径、切削深度、刀齿数等。

参数图形显示调整区:通过预算后的各主轴的轴号、切削速度和进给量值都显示在此区域内,推荐的进给量和切削速度范围用绿色显示,切削速度和进给量的当前值为倒三角形所指的位置。

计算结果输出区:每一根主轴的预算或调整后的计算结果都会实时显示在该区域内,包括主轴号及数量、加工方法(什么刀具加工什么材料)、切削速度和进给量的推荐范围、实时切削速度和进给量值等,当所有主轴获得这样一组数据后,便完成多轴箱刀具参数设计.

                                     图(3)参数设计程序界面

4.2 参数的调整操作

  通过预算的各主轴的切削参数通过(1)式或(2)式联系在一起,由于开始时各主轴的切削速度Vi取的是推荐值的平均值,由于刀具直径等的差异计算得到的进给量fi通常不能满足设计要求,因此要对预算后得到的结果进行调整。

5. 结束语

  这种利用图形显示切削参数并对图形直接驱动的交互式参数设计方法,能快速确定组合机床多轴箱刀具的切削参数。可对钻、扩、铰、镗、刮平面铣削等进行同时计算。各种加工方法(含义见本文4.1节)的切削速度和进给量推荐值源自文献[1], 其中某些加工方法由于缺少直接的资料和经验数据,程序设计时采用了类比的方法进行计算,并力求做到计算结果是偏于安全的。可以说本程序是组合机床总体设计阶段参数设计的一个有力工具。

参考文献

1. 阳工业大学等三院校《组合机床设计》上海科学技术出版社 1985年。

2. 金振华《组合机床及其调整与应用》机械工业出版社  1990年。

3. 《机械设计手册》化学工业出版社 1982年。

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