金 星,李 宇,魏秀琴,魏立帥,覃大鵬,雷梓興

(1.柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616;2.華北電力大學(xué)北京昌平校區(qū)，北京 102206)

0 引言

自動編程通過軟件生成加工程序，可信度高，刀具軌跡準(zhǔn)確，而且可以利用軟件模擬出每一步的加工效果，故自動編程在加工復(fù)雜曲面類零件中具有明顯的優(yōu)勢[1-2]，因此被廣泛應(yīng)用于各企業(yè)和高職、中職院校的實訓(xùn)中，同時高職和中職院校每年舉辦的技能競賽也將零件的自動編程與加工作為比賽的重要環(huán)節(jié)。

零件的自動編程與加工必須經(jīng)過三個階段：①準(zhǔn)備階段，利用三維軟件對加工零件進行建模；②編程階段，主要包括設(shè)置毛坯、坐標(biāo)系、刀具、加工策略等；③加工階段，主要包括工件裝夾、對刀、加工。本文以曲面類工件——游戲手柄為加工對象，通過三維掃描儀掃描游戲手柄點云，采用Geomagic Design X軟件三維建模[3]，分析加工工藝，并通過PM2017軟件對該工件進行自動編程和后處理。

1 游戲手柄模型

本文采用逆向工程的思路，首先對實物(游戲手柄)進行掃描，經(jīng)過處理以后得到的點云如圖1所示。將點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic Design X中，然后進行建模。

圖1 游戲手柄點云數(shù)據(jù)

Geomagic Design X主要是針對逆向建模開發(fā)的軟件，包括點云處理、領(lǐng)域分割、草圖繪制及三維建模等功能。傳統(tǒng)3D建模軟件都是產(chǎn)品從無到有的過程，這個過程一般需要從點畫線，再從線畫面，從而設(shè)計出3D模型，但是Geomagic Design X是在導(dǎo)入點云數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建模型。利用Geomagic Design X設(shè)計的游戲手柄三維模型如圖2所示。

2 零件的加工工藝分析

根據(jù)游戲手柄大小選擇毛坯為120 mm×80 mm×35 mm的鋁錠，鋁的牌號為7075，裝夾采用普通的平口鉗。根據(jù)游戲手柄的形狀和裝夾方式確定加工工藝[4]，先加工游戲手柄的背面，綜合考慮到正反加工不好裝夾，在背面設(shè)計兩個小搭子，以方便裝夾，所有工序裝夾完成以后，將兩個小搭子鋸掉。游戲手柄正面和背面加工模型如圖3所示。

圖2 游戲手柄的三維模型

圖3 游戲手柄加工模型

3 零件的編程(PM2017)與加工

游戲手柄包含很多不規(guī)則形狀，手動編程很難實現(xiàn)準(zhǔn)確加工，但采用軟件編程就比較容易。比較容易入手的編程軟件有CAXA、UG、PM等，本文采用PM2017進行自動編程，PM采用完全的Windows風(fēng)格，界面容易讓操作者接受，與很多CAD軟件都有數(shù)據(jù)格式的對接，而且加工過程中對刀具路徑全程無過切保護，保證了工件與刀具、工件與機床的安全，同時提供了很多智能的加工策略，使編程更容易著手，使用更方便。采用PM2017編程主要包括查看模型、創(chuàng)建毛坯、建立工件坐標(biāo)系、創(chuàng)建刀具、選擇加工策略，最后進行后處理。

3.1 查看模型

將游戲手柄模型導(dǎo)入，顯示模型，查看該工件加工的最小刀具半徑，為后面創(chuàng)建合理刀具做好準(zhǔn)備[5]。

3.2 創(chuàng)建毛坯和建立工件坐標(biāo)系

首先創(chuàng)建毛坯尺寸為120 mm×80 mm×35 mm,然后使用毛坯定位工件坐標(biāo)系，考慮到零件需要兩次裝夾，為了對刀方便，將工件坐標(biāo)系設(shè)置在毛坯的頂面中心處，如圖4所示。

圖4 毛坯和工件坐標(biāo)系的設(shè)置

3.3 創(chuàng)建加工所需要的刀具

通過分析加工工藝，該零件的加工共需要3把刀具，由于毛坯材料為鋁，故均采用3齒的立銑刀，一次開粗用Φ10的立銑刀，二次局部開粗采用Φ6的立銑刀，半精加工和精加工均采用Φ6的球刀。若有更小的球刀，可在最后用Φ3的球刀走一遍清角精加工，這樣效果更好。

3.4 創(chuàng)建加工策略

首先進行第一次粗加工，其目的是盡可能快地清除需要加工的金屬部分；然后選擇一把直徑比開粗刀直徑小但不小于開粗刀半徑的刀具進行局部二次開粗，主要是清除第一次粗加工殘留的金屬。粗加工完畢后采用球刀走一遍半精加工，余量留0.1 mm～0.2 mm，最后對各個面進行精加工。在完成每一步后一定要進行刀路的模擬仿真[6]，這樣就能及時發(fā)現(xiàn)問題，及時修改刀具路徑、刀具大小以及加工策略。本文中游戲手柄的正面加工策略如圖5、圖6所示[7-8]。

圖5 游戲手柄粗加工與半精加工路徑

背面和正面原理一樣。做好刀具路徑后進行仿真加工，仿真效果如圖7所示。

3.5 后處理

每一步加工策略各自創(chuàng)建一個NC程序，選擇與加工機床對應(yīng)的后處理器，完成程序的輸出，然后根據(jù)加工機床檢查加工程序(此時手動編程的基礎(chǔ)就非常重要了)，檢查合格，就可以在機床上運行程序，加工出的游戲手柄如圖8所示。

圖6 游戲手柄精加工路徑

圖7游戲手柄的加工仿真效果圖8最終加工好的游戲手柄

4 結(jié)語

在智能制造和柔性制造的大趨勢下，零件的外形更新日新月異，產(chǎn)品的復(fù)雜程度不斷增加，故零件的自動編程與加工技術(shù)已經(jīng)是每一位加工技術(shù)人員的必備技能。結(jié)合本文所采用的逆向工程思維，合理利用三維建模軟件Geomagic Design X或者UG，靈活運用PM加工策略，可以完成很多復(fù)雜曲面零件的加工。