0 引言
多維曲面零件是切削加T的一個難點,除了要求應用多軸機床之外,多軸編程技術是其中的關鍵,合理地設置加工刀路是零件表面精度及尺寸精度的重要保證。本文以人的頭像加工為例,論述和分析了五軸切削對多維曲面零件加工的實際應用。
頭像是多軸數(shù)控加工一類典型的產品,具體見圖1所示,針對該產品曲面多而復雜,表面質量、尺寸精度要求高等特點,在加工工藝上采用三軸加工開粗、五軸聯(lián)動精加工相結合,配合程序優(yōu)化的思路,來提高產品的加工質量和加工效率。
圖1頭像的模型
1 頭像加工工藝分析
1.1 模型分析(如圖1所示)
本次試做工件的材料為硬鋁。頭像的主要尺寸為:最大的直徑為?100mm。最小圓角半徑為0.6mm,人像的圓柱形輪廓尺寸100mm×100mm。
由于頭像本身屬于復雜曲面零件,同時設計要求精度達到IT7,表面光潔度達Ra1.6。其面部結構比較復雜,在耳朵、眼睛、嘴巴附近有多個小曲面,曲面的最小寬度只有1-2mm,這對刀具的要求很高,這種曲面只能采用直徑1mm的刀具。由于刀具直徑小,為了避免斷刀或粘刀。在實際加工過程中要求切削深度不能太大,采用少切削量,高轉速加工,同時進給速度不能過快。
1.2加工工藝分析
在刀路編制過程中為了使刀路更加流暢,選用三軸加丁進行零件的粗加工,精加工則選擇五軸聯(lián)動的加工方法,使切削過程更加連續(xù),減少抬刀次數(shù)。保證加工質量。
由于粗加工采用三軸的加工方法。因此需先分析零件在加工方向上的刀具干涉問題。其中采用UG軟件的模具分析功能:通過各個方向的分析可見,每個方向都存在刀具干涉的問題,但通過對各個方向的輪流加工,可以避免刀具干涉的問題解決,也就是說當采用五個方向加下的話,可以將該人像零件的整個輪廓都可以粗加工到位。
圖2刀具干涉分析結果
因此確定頭像的粗加工流程:采用五面加工。即為前側面、后側面、左側面、右側面和頂面的五個面加工。
1.3 加工的設計過程:
1.3.1 建立加工所徭要的模型.包括產品設計、準備坯料和CAD文件。
1.3.2設計加工所需要的數(shù)據(jù)及加T操作環(huán)境,包括選擇加工機床(選用五軸機床)、加工坐標系(五軸機床,包括3個移動軸和2個轉動軸)、設計夾具,挑選加工刀具(平底刀,球頭月)、設定加工參數(shù)、加工方法(采用曲面加工)等。
1.3.3加工程序設計(設計加工方式),刀具路徑設計產生加工刀具路徑數(shù)據(jù),后處理程序(經(jīng)由后處理程序進行加T參數(shù)的轉移),NC—CODE(輸出五軸機床及控制器所需的機器碼并進行加工過程)。
2 頭像的程序編制
2.1 整體加工刀路規(guī)劃和裝夾
五軸數(shù)控粗加工時。首先以頭像的底面為裝夾面.對頭像依此繞C軸旋轉90度加工4個側面,4個側面加工完工后再繞A軸旋轉90度加工頂面。人像面部的精加工分2步走,先用4軸加工方式進行半精加工,再進一步五軸加工方式精加工頭像頂面與面部上的小曲面(耳朵,眼睛,嘴巴),以保證整個加工質量及表面精度。具體如圖3所示。
圖3頭像加工流程
2.2 刀路編制過程
2.2.1五面粗加工刀路設計(左側面,右側面,前側面,后側面,頂面)
選擇加工方式:制造模塊→mill→contour→'cavity_mill→生成。
設置刀具參數(shù):選擇直徑為10mm瑚的平底刀,進給率設置為踟800mm/mian,z軸進給率為400mm/min,提刀速率為3000mm/min,主軸轉速為500r/min。
設置加工參數(shù):參考高度(即安全離度)為5mm,下刀位,為3mm,留余量0.3mm。
設置粗加工參數(shù):步進值為刀具半徑50%,每層切深為0.35mm,切削層深度為-36mm。逆銑,選擇沿外形下刀,斜角5度。切削走刀方式設定為跟隨工件。
形成刀路如圖所示。
a)右側面救加丁刀路設計(刀軸為+X)
其他側面的刀路則通過更改機床的刀軸方向。更新刀路生成
b)左側面粗加工刀路設計(刀軸為-X)
c)前側面粗加工刀路設計(刀軸為+Y)
d)后側面栩加工刀路設計(刀軸為-Y)
e)頂面刀具路徑設計(刀軸為+Z)
2.2.2 半精加工刀路設計
選擇加工方式:制透摸塊→miu mulii -axis→rerinhle_canlour→選擇裂動面→生成。
設置刀具參數(shù):選擇直徑為4r2的球頭刀,進給率為300mm/min,軸進給率為150mm/min,提刀速率為3000/mm/min,主軸轉逮為7000r/min。
設置曲面加工參數(shù):參考高度(即安全高度〕為5mm,下刀位置為3mm。
設置粗加工參數(shù):步進值為殘余波峰高度0.005mm。刀軸方向相對于驅動面,逆銑。進刀方式:采用固定的間隙逼近。半徑為3mm的隴弧入刀。與切削方向平行。切削創(chuàng)走刀方式設定為螺旋線,雙向走方。
2.2.3 精加工刀路設計:
選擇加工方式:制選模塊→mill→contour→cavity_mill→生成。
設置刀具參數(shù):選抒直徑為4r2的球頭刀,進給率籠為300mm/min,主軸進給率為150mm/min,提刀速率為3000mm/min,主軸轉迷為7000mm/min。
設置曲面加工參數(shù):參考高度(即安全高度〕為5mm,下刀位置為3mm。
設置粗加工參數(shù):步進值為刀具半徑5mm,每層切探為0.05mm
設置粗加工參數(shù):步進值為刀具半徑的50%,每層切深為0.05mm。切削層深度為-10mm,逆銑,選擇沿外形下刀,斜角5度。切削走刀方式設定為跟隨工件。
2.2.4 局部精修刀路設計:
分兩步加工:首先是雙眼與嘴巴,然后是耳朵。
a)眼口部分加工,報據(jù)與頭像相似的外輪廓,新建一個球頭的圖柱體作為精加工的驅動面(7),可以使刀軸更好的與頭像輪廓接觸。加工更加到位。
選擇加工方式:制造摸塊→mill_multi-axis→vareable_contaur→選擇驅動面→生成
設置刀具參數(shù):選擇直徑為4r0.5的球頭,進給率設置為200mm/min,Z軸進給率為100mm/min,提刀速率為3000mm/min,上軸轉速為8000r/min。
設置曲面加工參數(shù):參考高度(即安全高度)為5mm,下刀位置為3mm。
設置精加工參數(shù):步進值殘余波峰高度0.005mm。曲面百分比為30-80,步長為10-40軸方向為相對千馭動面,順銑,選擇進刀方式:遙近方式采用固定的間隙。選擇半徑為3mm的圓弧入刀,與切削方向平行。切削走刀方式設定為平行線,雙向走刀。
b)右耳部分加工:報據(jù)耳朵的實際輪廓,在不產生刀具干涉問題的方向上建立新的工件坐標系。然后以該坐標系進行刀具路徑編制。
選擇加工方式:制透摸塊→mill_contour→contour→選擇加工曲面→生成。
設置刀具參數(shù):選抒直徑為1r0.5的球頭刀,進給率為200mm/min,Z軸進給率為100mm/min,提刀速率為3000mm/min,主軸轉迷為8000mm/min。
設置曲面加工參數(shù):參考高度(即安全高度〕為5mm,下刀位置為3mm。
設置粗加工參數(shù):步進值為0.01mm,選擇為0.005mm。切削層深度為-36mm。刀軸方向為相對于驅動面。順銑,選擇進刀方式:手工半徑3mm圓弧入刀,與切削方向平行。切削走刀方式設定為跟隨工件,雙向走刀。
左耳刀具路徑采用變換鏡像復制的方式生成.
3 產品效果分析
根據(jù)以上刀具路徑進行編程,加下出以下頭像產品,加工時間約為120min,精度達到IT7 ,表面粗糙度為Ra1.6(圖8)
4 結束語
通過對頭像多軸數(shù)控加工方法及工藝的研究,表明采用CAD設計和CNC數(shù)控加工的制造方式,可加工多曲面,蘭軸加工中存在刀具干涉的零件,并且可以保證較高的質量、精度。同時多軸零件的加工應充分考慮加工的特點,進行合理的加工刀路設置,并采用三軸方式粗加工,五軸方式精加工的工藝方案來提高零件的加工效率。
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