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        結(jié)合Cimatron軟件編制多次裝夾復(fù)雜部件的思路

        2017-05-23 20:54:54趙學(xué)慶王帥
        智能制造 2017年2期
        關(guān)鍵詞:粗加工精加工裝夾

        趙學(xué)慶 王帥

        多次裝夾部件是數(shù)控加工中的難點,本文通過實際應(yīng)用案例介紹了典型多次裝夾部件側(cè)抽型芯的加工方法,重點分析了其從工藝制定到程序編制過程中的難點。運(yùn)用Cimatron軟件對其進(jìn)行多次裝夾分析、輔助面建立以及刀軌的生成,為多次裝夾部件的加工提供了思路與方法。

        一、引言

        在壓鑄模具的核心部件中,加工難度較大的不是型腔類部件,而是側(cè)抽型芯類部件。

        型腔形狀規(guī)矩,扁平類型居多,多數(shù)型腔需正、反兩次裝夾可以完成加工。而側(cè)抽型芯的高寬比相對較大,有配合的滑道部位精度,粗糙度要求高。正常情況下,六個面都需要精加工才能完成。

        多次裝夾定位不僅對NC操作人員的精準(zhǔn)度與熟練程度有高要求,更是對CAM人員的工藝思路與編程技術(shù)的檢驗。多次定位部件加工的切入點是找到基準(zhǔn)坐標(biāo)系,確認(rèn)基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)邊和基準(zhǔn)角?;鶞?zhǔn)坐標(biāo)要盡量集中在每次翻轉(zhuǎn)都能找到的部位上,并盡可能減少基準(zhǔn)坐標(biāo)系的數(shù)量。找到了基準(zhǔn)坐標(biāo)系的位置,就相當(dāng)于找到了復(fù)雜多次翻轉(zhuǎn)部件加工的鑰匙。

        側(cè)抽型芯編程所用的CimatronE是Cimatron公司在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下從產(chǎn)品設(shè)計到模具設(shè)計以及加工制造的CAD/CAM軟件。CimatronE提供了豐富的編程策略:高效的體積銑粗加工、確保高質(zhì)量表面的螺旋銑精加工、高度安全的自動清根等。本文將結(jié)合CimatronE在實際加工中的應(yīng)用,介紹加工側(cè)抽型芯部件的加工策略。

        二、技術(shù)分析

        如圖1所示的零件為典型側(cè)抽型芯部件,首先分析其工藝思路。

        這種類型的側(cè)抽部件從形狀上可以分為三部分,

        (如圖2所示):成型部分(Molding parts)、滑動配合部分(slide section)、底座固定部分(Base section)。三個部分各有技術(shù)特點,我們針對技術(shù)要求來做技術(shù)分析。

        壓鑄模具成型部位的尺寸要求一般控制在0~0.1mm之間。在數(shù)控加工技術(shù)的精度控制下,應(yīng)是很寬的公差范圍。對機(jī)加工完成不了的成型部位,可以采用電加工的方式完成。

        成型部位的加工要點:形狀準(zhǔn)確控制在“多肉”的范圍內(nèi),無缺漏損傷部位,為拋光留0.02mm以內(nèi)的余量。

        滑動配合部位的技術(shù)要求:準(zhǔn)確、連續(xù)。公差范圍在0.01~0.03mm以內(nèi),與成型部位的銜接順暢,不能出現(xiàn)錯位、傷痕等缺陷。因此,滑動配合部位是側(cè)抽部件加工的重要部位。大多數(shù)的滑動部位形狀簡單連續(xù),可以采用簡潔的加工方法完成編程加工,把主要的精力投入到精度的控制中去。

        底座部位的功能是定位與固定側(cè)抽,因此基準(zhǔn)會集中在底座上。底座的形狀多為方形,需要磨削保證四面的尺寸精度、平行度及與底面的垂直度。在底座的高度尺寸要求上,也有嚴(yán)格的要求,應(yīng)控制在0~0.02mm的范圍內(nèi)。

        三、加工工藝

        加工之前,制定側(cè)抽的加工工藝,如圖3所示。

        四、加工策略

        六次裝夾的工件,關(guān)鍵環(huán)節(jié)是基準(zhǔn)的確認(rèn)。裝夾次序遵循便于裝夾、易于找到基準(zhǔn)的原則。便于裝夾,爭取裝夾的部位越穩(wěn)固越好;易于找到基準(zhǔn),在每次翻轉(zhuǎn)的時候能直接的以原始基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)邊作為后續(xù)裝夾的基準(zhǔn)。

        在此例中,只有底座的底面及相連的四個面是相互垂直的“規(guī)矩”平面,因此基準(zhǔn)的選擇會集中在此部位,如圖4所示。粗加工時,由于毛坯橫向(X方向)與縱向(Y方向)的余量會有差別,因此選擇底座的幾何中心作為最原始的基準(zhǔn)中心。粗加工需要兩次翻轉(zhuǎn)加工,因此采用兩邊數(shù)值取中間值的方式要比單邊數(shù)值做基準(zhǔn)的定位精度高一等級,并可以將余量均勻地分布在四個邊。

        1.粗加工

        壓鑄模具的型腔、側(cè)抽和鑲件等核心部件要做真空熱處理,淬火硬度大多在HRC46±2°間。淬火后硬度高,銑削加工困難度增加,因此在淬火前,模具上的螺紋孔、過孔、水孔和穿絲孔等孔類部位要加工到位,避免遺漏。其余有尺寸公差要求的部位要留相應(yīng)余量。

        淬火前粗加工一定要考慮到淬火后精加工的裝夾和加工便利,加工思路要一直延展至精加工結(jié)束。加工思路的連續(xù)順暢是多次裝夾部件加工工藝安排的重要內(nèi)容。

        對本件而言,由于滑動配合部位與成型部位的長度較長(238mm),底座的高度僅有38mm,夾持底座加工因滑動配合部位探出部位較長而穩(wěn)定性下降,直接影響到精加工的尺寸精度與光潔度。在底座部位增加工藝余量,如圖5所示,可有效提高夾持穩(wěn)定性,解決裝夾找正困難的問題。缺點是精加工時的加工量增大,需要耗費較多的時間。

        工藝夾持部位的長度確定,首先要考慮虎鉗鉗口能夠夾持穩(wěn)定(虎鉗鉗口高度標(biāo)準(zhǔn)在50~80mm間),其次考慮淬火后磨削四周時的定位穩(wěn)定性,最后考慮成型部位的高度對刀具長度的要求。刀具長度過長,同樣會影響工件的加工質(zhì)量。

        工藝部位確定后,側(cè)抽淬火前粗加工的方案就可以確定了,符合典型的凸型件特征。兩次裝夾:第一次裝夾為底面粗加工,第二次裝夾為正面的成型部位及滑動部位的粗加工,留加工余量單面1mm。

        2.精加工

        側(cè)抽淬火后需要磨削加工,保證底座的五個相連面垂直度±0.02mm/200mm,尺寸公差在±0.02mm內(nèi),這是為精加工的六次翻轉(zhuǎn)裝夾加工做準(zhǔn)備。

        精加工需要六次裝夾,加工次序是加工思想的直接體現(xiàn),要保證最后一次裝夾依然能夠精確找到基準(zhǔn),還能夠保證夾持的穩(wěn)定性。

        精加工第一次:選取了基準(zhǔn)角作為起始基準(zhǔn),如圖6所示。精加工第二次,如圖7所示。精加工第三次,如圖8所示。精加工第四次,如圖9所示。精加工第五次,如圖10所示。精加工第六次,如圖11所示、圖12所示。

        由上各圖中所示,精加工的過程中,坐標(biāo)系定位在基準(zhǔn)角,而且位置在變換。仔細(xì)分析,其中有原則與規(guī)律可循,如圖13所示。

        圖13中第一次裝夾坐標(biāo)系(CSl)與第三次裝夾坐標(biāo)系(CS3)、第四次裝夾坐標(biāo)系(CS4)都集中在一個角點上。這個角點相關(guān)的三個平面(圖13中粉紅色標(biāo)注的平面),是翻轉(zhuǎn)加工的最關(guān)鍵的三個基準(zhǔn)面。其余三次裝夾的坐標(biāo)系CS2、CS5和CS6,有兩個基準(zhǔn)面與之相連。在實踐中,確定偏置基準(zhǔn)面時,一定要以這三個基準(zhǔn)面中的一個基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)進(jìn)行偏置。這樣操作,對已經(jīng)磨削到尺寸精度的精加工部件而言,可以最大限度地減少裝夾找尋基準(zhǔn)引起的操作誤差。

        加工思路確定以后,在腦海中,部件每次加工的狀態(tài)會如以上圖片展示的一樣浮現(xiàn),伴隨著刀具切削的聲音、震動、軌跡紋路、毛刺、鐵屑狀態(tài)和溫度變化等感覺,混雜著現(xiàn)場機(jī)器的轉(zhuǎn)動噪音,操作者習(xí)慣的忙碌身影,細(xì)細(xì)體會,就能覺察出容易出現(xiàn)失誤的某個環(huán)節(jié)。這是潛在的失誤風(fēng)險在腦海中的預(yù)演,是一種數(shù)控加工思維的模式與習(xí)慣,也是我們常說的“經(jīng)驗”。我們將這種經(jīng)加工思維框架下的細(xì)膩思索匯總出應(yīng)對措施的過程稱為“加工感覺”。

        加工感覺的形成,需要較長時間的思維訓(xùn)練與大量的實踐驗證,是一個逐漸豐富完善的過程。這也是專業(yè)技術(shù)人員從工作中得到樂趣與成就感的根源。

        五、加工方法

        經(jīng)過之前的加工策略分析,每一次裝夾的輔助面做好,就將一個復(fù)雜的整體模型劃分成為簡單的具有凸、凹特征的局部模型,之后可以按照凸、凹模型的加工方法進(jìn)行編程加工。編程方法相同,細(xì)節(jié)有差異,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)體現(xiàn)在加工過程中的細(xì)節(jié)上。

        粗加工以正面編程方法為例,展示使用簡單的編程方法完成復(fù)雜模型編程。

        正面的形狀經(jīng)輔助面區(qū)分以后,是一個典型的凸型件的特征。粗加工以環(huán)繞切削為主要方式。半精加工則以層切削為主。粗加工程序單如圖14所示。

        粗加工加工深度150mm,刀具探出較長,加工時震動較大。將加工深度分成兩部分:第一部分深度為110mm,切削深度為0.4mm;第二部分為110mm至150mm之間,切削深度為0.3mm。加工的效果如圖15所示。

        精加工以側(cè)前面的加工編程為例,同樣闡述復(fù)雜模型簡單化的過程。

        精加工側(cè)前面的加工方式代表著以后的四個側(cè)面的加工方式。由圖15可,輔助面構(gòu)建的模型是一個三面開放的模型,同樣符合凸型件的加工特點,可以使用凸型件相同的加工思路處理側(cè)面的精加工。

        首先使用3D環(huán)繞切削的方式做工藝部位材料的去除;其次使用層切削的方式做兩次半精加工;最后使用曲面銑削中的根據(jù)角度銑削的方式做斜面部分的精加工;角落部分采用清根功能來實現(xiàn)。加工程序單與效果如圖16所示。

        同理,其它三個側(cè)面的加工依據(jù)此例,可以依次完成編程加工。環(huán)切3D方式切除工藝余量后的效果、層切削半精加工、根據(jù)角度銑削精加工,如圖17所示。

        在Cimatron的CAD/CAM集成環(huán)境下,通過編制完美的刀路程序,使得整個工件的編程非常的順利。加工后的效果如圖18所示。

        六、結(jié)論

        加工思想是“本”,加工方法是“末”。可謂:物有本末,事有始終,知其先后,則近道矣。

        Cimatron軟件的加工思路清晰流暢,提供的加工手段簡潔有效,仿真效果逼真準(zhǔn)確,編程人員可以非常清楚地表達(dá)自己的加工意圖,在編制這種多次裝夾的難度較高的模具部件工藝時操作簡單,是一種有效的模具CAM加工工具。

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