曲面轮廓加工实例分析与优化

如图4-12所示零件，毛坯为100mm×100mm×50mm，材料为45钢，采用数控铣床加工。已知零件已进行了粗加工和半精加工。

图4-12 曲面零件

1.工艺分析

（1）零件图工艺分析

该零件的主要特征为由球面内壁组成的型腔。其表面粗糙度值为Ra3.2μm，要求较高，其他几何公差要求较低。该零件材料为45钢，可加工性能较好。

（2）选择加工方案

根据零件形状及加工精度要求，一次装夹完成所有加工内容。

（3）确定装夹方案

零件毛坯外形为规则的正方形，因此加工时选择台虎钳。装夹高度为25mm，因此须在台虎钳定位基面加垫铁。

（4）刀具的选择

型腔内壁球面的加工，选择φ10mm的球头铣刀。

2.编制加工程序

设球头铣刀的半径为SR，球头铣刀Z向步进角为α，则球头铣刀切削时球刀刀心坐标为：

随着步进角α从0°向-90°递进，球头铣刀逐步向下铣削，当X=25时，球头铣刀铣到零件底部，加工结束。

宏程序中各变量的含义如下：

#101：定义凹球面顶部大圆半径。

#102：定义凹球面底部小圆半径。

#103：定义球头铣刀刃口半径；

#104：定义步进角的步进量；

#110：定义球头铣刀刀心运动的初始半径；

#120：定义球头铣刀刀心运动的X坐标；

#130：定义球头铣刀刀心运动的Z坐标；

#140：定义球头铣刀下降角；

#150：定义球头铣刀下降最大深度；

主程序

O0002；主程序名

G17 G21 G40 G49；

G91 G28 Z0；(www.xing528.com)

T01；换1号刀

G43 H01；调用1号刀的刀具长度补偿

G90 G54

G00 X0 Y0 Z10 M08；

M03 S1900；

G65 P9001 A40.0B25.0 C5.0 D0.5；调用宏程序，向#1变量赋值40（定义凹球面顶部大圆半径）；向#2变量赋值25（定义凹球面顶部小圆半径）；向#3变量赋值5（定义球头铣刀刃口半径）；向#7变量赋值0.5（定义步进角α的步进量）

G49 G00 X0 Y0 M05；

M30；

O4001；程序名

#101=#1；将#1变量赋值给#101

#102=#2；将#2变量赋值给#102

#103=#3；将#3变量赋值给#103

#104=#7；将#7变量赋值给#104

#110=#101-#103；计算球头铣刀刀心运动的初始半径

#120=#110；定义球头铣刀刀心X坐标

#130=0；定义球头铣刀刀心Z坐标初始值0

#140=0；定义球头铣刀下降初始角0°

#150=[SQRT[[#101-#103]*[#101-#103]-#102*#102]-#103]；计算球头铣刀下降最大深度

G00 X[#120]；X轴快速定位

G01 Z[#130]F50；Z轴刀具与工件表面接触

WHILE[#130 GT#150]DO 1：判断是否到达凹球面底部小圆半径25mm

#120=#110*cos[#140]；计算球头铣刀刀心X坐标

#130=#110*sin[#140]；计算球头铣刀刀心Z坐标

G01 X[#120]Z[#130]F400；X、Z轴联动进刀

G02 I-[#120]；铣削整圆

#140=#140-#104；取下降步进角步进量0.5°

END 1；返回循环

M99；

注意：只要改变对#1、#2、#3、#7四个变量的赋值，就可以灵活适应不同凹球面零件、不同直径刀具、不同步进角的加工，而不必编写新的程序，从而大大提高编程效率。