（東莞市機(jī)電工程學(xué)校，廣東 東莞 523846）

典型表殼類銑削零件在CAXA數(shù)控加工的應(yīng)用

李志強(qiáng)

（東莞市機(jī)電工程學(xué)校，廣東 東莞 523846）

表殼類零件在當(dāng)前的生產(chǎn)中十分常見，這一類零件具有壁薄、孔深、加工余量大、內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜等諸多的特點(diǎn)，在生產(chǎn)加工中存在著工藝上的難點(diǎn)，對尺寸的精度和變形控制要求較高。本文著重分析表殼零件加工的工藝特點(diǎn)及難點(diǎn)，充分考慮工藝問題對零件加工質(zhì)量的影響，并基于CAXA制造工程來發(fā)揮數(shù)控加工精度高及生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的數(shù)控加工。

表殼類零件；數(shù)控加工工藝；CAXA制造工程師；模擬仿真

隨著數(shù)控技術(shù)的普及，數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，制造加工的工藝要求也越來越高，傳統(tǒng)的手工編程在2D的平面圖零件下效率低，容易出錯，而且無法發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能，局限于對普通、簡單零件的加工，如直線、平面、回轉(zhuǎn)體等。而CAXA制造工程師是近年來在制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛的應(yīng)用軟件，集CAD/CAM技術(shù)于一體，為機(jī)械制造提供造型設(shè)計、刀軌生成、仿真加工、生成程序、后置處理等多項(xiàng)功能解決方案，其零件的生成工藝流程如下：

零件信息——CAD系統(tǒng)造型——CAM生成道具軌跡——軌跡仿真——生成加工代碼——數(shù)控機(jī)床——零件。

1 表殼零件加工工藝特點(diǎn)分析

1.1 零件的工藝性分析

圖1 典型表殼類零件圖例

圖1所示為典型表殼類零件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對生產(chǎn)工藝的精度要求十分高，而且零件重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、剛性差、強(qiáng)度弱，而且由于壁厚較薄，銑削過程中又需要夾具加緊，本身穩(wěn)固性差，容易在切削力下發(fā)生變形；除此之外，切削過程也會產(chǎn)生大量的熱，發(fā)生受熱變形。

表殼類零件加工精度的影響因素主要有以下幾個方面：（1）零件材料影響；（2）切削力和切削熱影響；（3）加工路徑影響；（4）參與應(yīng)力影響；（5）裝夾因素影響。

1.2 典型表殼零件的結(jié)構(gòu)分析

表殼類零件品種雖然很多，但典型表殼零件的布局有著相似性，形狀結(jié)構(gòu)差異不大，主要由型腔、凹槽、凸臺、孔等特點(diǎn)構(gòu)成；底面有型腔、腔內(nèi)薄壁凸臺、小方柱；正面有凸臺、圓槽。CAXA制造工程師提供了豐富的工藝控制參數(shù)，具有通用后置處理功能，提供了參數(shù)化軌跡編輯和軌跡批處理，而且有模擬仿真，全面支持多種主流機(jī)床控制系統(tǒng)等，因此在加工表殼類零件時也有著獨(dú)特優(yōu)勢。

1.3 零件材料和裝夾分析

根據(jù)零件圖的技術(shù)要求設(shè)置毛坯尺寸，零件的毛坯尺寸確定中，因表殼類零件加工余量大，因此在粗、精加工時要留有一定的加工余量。確定毛坯材料為45#鋼，毛坯尺寸為120mm×80mm×30mm。

本零件需要兩次裝夾，第一次裝夾以毛坯外表面定位，采取平口虎鉗進(jìn)行裝夾，包括銑削零件的底面、腔內(nèi)凸臺、孔等。第二次裝夾時以加工好的底面及外輪廓的對邊進(jìn)行定位，包括表面、凸臺、凹槽。

1.4 零件加工工序的制定

表殼類零件的加工工藝的重點(diǎn)在于對其加工的變形規(guī)律的掌握，防止變形。加工工序一般是先粗后精、先面后孔、基面先行。粗、精加工之間可安排一次或數(shù)次半精加工，消除切削力、夾緊力產(chǎn)生的應(yīng)力，避免發(fā)生變形，保持尺寸精度。

典型表殼類零件的加工流程如下：銑底面——銑外輪廓——銑型腔——銑凹槽——沉孔——鉆孔——銑方凸臺槽——銑倒角——掉頭銑上表面——銑外輪廓——銑大凸臺輪廓——銑圓凸臺——銑圓槽——銑倒圓角。

1.5 刀具及其參數(shù)的選擇

刀具在機(jī)械加工發(fā)揮著非常重要作用，切削力大小、振動強(qiáng)弱、切削熱的產(chǎn)生會影響機(jī)床的加工效率和加工質(zhì)量。刀具選擇的影響因素有很多，同時刀具的幾何參數(shù)以及形狀的選擇要結(jié)合表殼類零件的加工的精度要求以及零件本身的形狀輪廓的尺寸和加工切削中的相關(guān)參數(shù)因素。加工凸形表面時，粗加工和精加工宜用圓角立銑刀，凹形表面時，粗加工用平端立銑刀，精加工用球頭刀。

同時也要注重切削參數(shù)選擇原則，切削用量不僅是在機(jī)床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。刀具選用如表1。

表1 零件加工時刀具的選用

2 CAXA在表殼零件數(shù)控加工中的應(yīng)用

2.1 生成刀具路徑軌跡

銑削路徑是影響加工零件變形的重要因素之一，表殼類零件加工會存在變形的嚴(yán)重問題，因此合理的設(shè)置刀具路徑，避免在切削加工時刀具位置和切削速度的異常，需要遵循以下原則。

首先，為了獲得較高的表面質(zhì)量，最終步驟安排一次連續(xù)走刀；其次，刀具的路徑盡可能短，以此來提高加工效率；第三，不要頻繁的換刀，避免表面被刀具劃傷，造成刀痕殘留；第四，在精加工之前，應(yīng)該留有加工余量；第五，盡量簡化數(shù)學(xué)處理的數(shù)值計算工作量，提高加工效率。

表殼類零件外形比較復(fù)雜，通常利用CAXA進(jìn)行軌跡生成，在“軌跡管理→加工→常用加工”下輸入相關(guān)的參數(shù)，得到刀具的路徑，圖2是本文中圖的數(shù)控加工刀具軌跡。

圖2 零件的CAXA數(shù)控加工刀具軌跡

2.2 CAXA數(shù)控加工模擬仿真

表殼零件的數(shù)控加工工藝設(shè)置好后，通過CAM功生成刀具路徑，就可以通過后置處理得到數(shù)控加工程序同時進(jìn)行路徑模擬仿真加工，驗(yàn)證刀位數(shù)據(jù)的正確性刀具各部位是否和零件發(fā)生干涉、刀具與夾具附件是發(fā)生碰撞，確保產(chǎn)品質(zhì)量和操作安全，保證加工中的件質(zhì)量（圖3）。

圖3 CAXA數(shù)控加工實(shí)體仿真

3 結(jié)語

隨著數(shù)控加工行業(yè)技術(shù)水平的提高，零件的需求不斷的多樣化，對零件的加工工藝的要求也越來越高要充分利用CADCAM軟件進(jìn)行工藝分析，如CAXA MasterCAM、UG等，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的數(shù)控加工，提高件的加工質(zhì)量。

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