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        數(shù)控加工中曲面加工方法的比較

        2016-12-31 00:00:00張偉雄
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年12期

        摘 要:在數(shù)控加工中有多種曲面加工的方法,而不同的加工方法會(huì)對(duì)加工效率與加工質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響,通過分析比較各種曲面加工方法,綜合考慮其優(yōu)缺點(diǎn),有利于工程技術(shù)人員選擇最優(yōu)的加工方式。

        關(guān)鍵詞:數(shù)控加工;CNC;曲面加工;MasterCAM

        在目前的機(jī)械制造領(lǐng)域,數(shù)控加工技術(shù)(Numerical Control Machining)應(yīng)用非常廣泛,是一種在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的工藝方法。數(shù)控機(jī)床相對(duì)于傳統(tǒng)的普通機(jī)床在操作上有著本質(zhì)的區(qū)別,前者主要依靠計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(Computerized Numerical Control,簡稱CNC)來操作機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工,后者則是以手動(dòng)的方式來進(jìn)行加工,而且CNC加工還具有高精度、高效率、自動(dòng)化程度高、能夠加工復(fù)雜零件的特點(diǎn)[1]。所以對(duì)于一些精度要求比較高的曲面零件就需要使用數(shù)控加工技術(shù)才能完成加工,一般流程是由技術(shù)人員用數(shù)控加工的編程軟件對(duì)該零件的3D模型進(jìn)行刀路的編制,然后再將模擬仿真并加以修改后的合格刀路程序傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工。文章將以常用的數(shù)控加工編程軟件MasterCAM為例,比較曲面加工中的不同方法,探討其加工特點(diǎn)與應(yīng)用。

        1 MasterCAM軟件簡介

        MasterCAM軟件是美國CNC Software Inc.公司開發(fā)的CAD/CAM軟件,它包含了二維繪圖、三維實(shí)體造型、曲面設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、刀路模擬等多種功能,提供了設(shè)計(jì)與加工的理想環(huán)境,被很多中小企業(yè)廣泛采用。其中數(shù)控編程的Mill模塊中,對(duì)于曲面零件的銑削加工部分,提供了平行銑削、流線加工、等高外形、環(huán)繞等距等多種曲面加工的刀具路徑方法[2]。

        2 曲面加工方法的比較

        2.1 平行銑削加工

        對(duì)于要加工如圖1-a圖所示的曲面零件,一般可以規(guī)劃加工的工藝路線為:整體開粗——半精加工——曲面精加工——局部清角加工,其中我們將重點(diǎn)探討曲面精加工部分的刀具路徑[3][4]。在Maste

        rCAM X3的軟件中,所有的曲面精加工命令都可以在菜單欄“刀具路徑”——“曲面精加工”彈出的二級(jí)菜單中找到。

        2.1.1 刀具及加工參數(shù)的設(shè)置。啟動(dòng)加工命令“刀具路徑”——“曲面精加工”——“精加工平行銑削”,在繪圖區(qū)選擇加工對(duì)象,并設(shè)置干涉曲面、邊界范圍——在彈出的“曲面精加工平行銑削”對(duì)話框中,分別設(shè)置本例的刀具為D10球刀,進(jìn)給率為500mm/min,下刀速率為600mm/min,提刀速率2000mm/min,主軸轉(zhuǎn)速為3200r/min,加工面預(yù)留量為0。另外,平行銑削參數(shù)設(shè)為最大切削間距0.2,加工角度為0度。

        2.1.2 模擬仿真的加工結(jié)果分析。如圖1中的(b)圖所示,可以看出“平行銑削”的刀路只能沿著某一特定的角度進(jìn)行走刀,通過調(diào)整切削間距參數(shù)來控制刀路的加工細(xì)膩程度。而對(duì)于圖1(a)圖中的曲面零件,由于該零件整體外形為彎曲的半圓形結(jié)構(gòu),所以當(dāng)平行銑削的刀路來到彎角處時(shí),就出現(xiàn)了無法切削的情況,如圖1(b)圖的箭頭處所示。所以“平行銑削”的方法適合于加工比較平緩的淺平面或曲面,而且在這四種曲面加工方法中加工時(shí)間是最少的,但對(duì)于有交叉的陡斜面,則容易出現(xiàn)無法切削的情況。

        2.2 流線加工

        2.2.1 刀具及加工參數(shù)的設(shè)置。仍然以圖1的(a)圖曲面零件為例,啟動(dòng)“刀具路徑”——“曲面精加工”——“精加工流線加工”,在繪圖區(qū)選擇加工對(duì)象,并設(shè)置干涉曲面、流線方向等參數(shù)——在彈出的“曲面精加工流線”對(duì)話框中,刀具及加工參數(shù)部分與2.1一致。另外,流線加工參數(shù)設(shè)為距離0.3。

        2.2.2 模擬仿真的加工結(jié)果分析。如圖2中的(a)圖所示,可以看出使用“流線加工”的刀路,加工出該曲面零件的表面非常光滑,加工效率也很高,刀路沿著曲面的流線來回運(yùn)動(dòng)(如圖2(a)圖的箭頭所示),特別適合于這種流線曲面的加工。

        2.3 等高外形加工

        2.3.1 刀具及加工參數(shù)的設(shè)置。繼續(xù)以圖1的(a)圖曲面零件為例,啟動(dòng)“刀具路徑”——“曲面精加工”——“精加工等高外形”,在繪圖區(qū)選擇加工對(duì)象,并設(shè)置干涉曲面、邊界范圍等參數(shù)——在彈出的“曲面精加工等高外形”對(duì)話框中,刀具及加工參數(shù)部分與2.1一致。另外,等高外形加工參數(shù)設(shè)為Z軸最大進(jìn)給量0.2。

        2.3.2 模擬仿真的加工結(jié)果分析。如圖2中的(b)圖所示,由于“等高外形”的刀路是以Z軸等距分層進(jìn)給的方式來下刀,當(dāng)加工對(duì)象為半圓曲面形狀時(shí),其頂部曲面越來越淺,加工效果也越來越粗糙;而越往下,曲面越來越陡,其加工效果卻越來越光滑。所以“等高外形”的刀路只適合加工陡斜面的零件,而不適合用于平坦的曲面零件。

        2.4 環(huán)繞等距加工

        2.4.1 刀具及加工參數(shù)的設(shè)置。繼續(xù)以圖1的(a)圖曲面零件為例,啟動(dòng)“刀具路徑”——“曲面精加工”——“精加工環(huán)繞等距加工”,在繪圖區(qū)選擇加工對(duì)象,并設(shè)置干涉曲面、邊界范圍等參數(shù)——在彈出的“曲面精加工環(huán)繞等距”對(duì)話框中,刀具及加工參數(shù)部分與2.1一致。另外,等高外形加工參數(shù)設(shè)為最大切削間距0.2。

        2.4.2 模擬仿真的加工結(jié)果分析。如圖2中的c圖所示,“環(huán)繞等距”的刀路是以沿著三維曲面表面等步距的方式生成環(huán)繞中心的刀路,可以保證刀具在曲面上每個(gè)位置走的步距都一致。所以對(duì)于大多數(shù)的曲面零件都可以考慮“等距環(huán)繞”的刀路,不過如果有曲面相交變化太大的地方,則會(huì)出現(xiàn)過切或無法切削的現(xiàn)象。

        3 結(jié)束語

        在數(shù)控加工中采用不同的加工方法會(huì)對(duì)零件的加工效率和加工質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響,通過對(duì)一些曲面加工方法分別進(jìn)行比較,讓工程技術(shù)人員在使用MasterCAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程時(shí),能夠針對(duì)特定的加工對(duì)象來選擇合理的曲面加工刀具路徑,綜合考慮其優(yōu)缺點(diǎn),從而選擇最優(yōu)的加工方法。

        參考文獻(xiàn)

        [1](德)約瑟夫·迪林格.機(jī)械制造工程基礎(chǔ)[M].楊祖群譯,湖南:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,2013:507-510.

        [2]陳銀清,鄭澤鈿.基于MasterCAM自由曲面加工刀具路徑優(yōu)化[J].現(xiàn)代制造工程,2014(5):46-51.

        [3]沈建峰,韓鴻鸞.MasterCAMX3數(shù)控造型與加工[M].北京:中國電力出版社,2010:225.

        [4]繆德建.CAM中曲面加工方法的選擇[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2001(5):16-17.

        作者簡介:張偉雄(1986-),男,廣東梅州人,教師,在讀碩士,主要研究方向:機(jī)械工程、模具CAD/CAM。

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