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        蜘蛛模型三軸數(shù)控銑加工工藝

        2019-02-09 08:16:16葉康智黃麗源傅一渠
        關(guān)鍵詞:數(shù)控銑裝夾蜘蛛

        葉康智 黃麗源 傅一渠

        廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 廣州 510550

        1 引言

        蜘蛛模型是加工難度較高的產(chǎn)品,通常需要五軸加工中心才可以完成。由于五軸機(jī)床價(jià)格昂貴且尚未普及,所以在沒(méi)有五軸加工中心設(shè)備情況下,通過(guò)分析蜘蛛模型的三軸數(shù)控銑加工工藝,從而完成模型加工。其中包括工藝裝夾方案,工藝順序,刀柄和刀具的選擇,切削三要素的確定等。確定方案后,再采用UG8.5軟件對(duì)蜘蛛模型進(jìn)行編輯輔助曲線和曲面,編輯加工刀路進(jìn)行二維和三維仿真加工,確保刀路軌跡無(wú)問(wèn)題再進(jìn)行NC代碼后處理,最后進(jìn)行上數(shù)控銑床加工。圖1為蜘蛛的3D模型。

        圖1 蜘蛛3D模型

        2 蜘蛛模型分析

        2.1 模型結(jié)構(gòu)分析 蜘蛛3D模型的整體外形尺寸為153mm*114mm*46.5mm,整個(gè)模型都是曲面,由蜘蛛身體、八只腳和兩根觸須組成一體。整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不高,關(guān)節(jié)處最小尺寸不足1mm,屬于細(xì)小復(fù)雜多軸產(chǎn)品,而且該產(chǎn)品是工藝品類,表面粗糙度要求高。

        2.2 加工難點(diǎn)分析 該模型無(wú)論是編程和加工難度都很高,考慮的東西很多,對(duì)工藝編制是一個(gè)很大的考驗(yàn),同時(shí)產(chǎn)品很多部位太過(guò)細(xì)小,加工難度不低于薄壁件。該模型的難度在于模型部位特征太過(guò)于細(xì)小和裝夾。雖然整體的模型尺寸很大,但是由于模型的特殊性,仍有很多部位細(xì)小,加工過(guò)程易變形。多次裝夾加工接刀位置很容易產(chǎn)生較大的接痕,粗糙度、精度更加無(wú)法保證。模型結(jié)構(gòu)比較獨(dú)特,自身全是曲面,完全沒(méi)有任何可以用于夾持部分,也沒(méi)有任何部位可以用來(lái)定位的部分,所以必須考慮工藝裝夾。必須選擇足夠大的毛坯,同時(shí)借助模型外材料邊框定位,蜘蛛模型的腿部和觸須末端與邊框相連,保證強(qiáng)度。

        2.3 加工注意事項(xiàng) 蜘蛛模型屬于復(fù)雜產(chǎn)品,工藝步驟較多,加工時(shí)需要注意很多東西,一旦出現(xiàn)任何問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致加工失敗。首先要注意的是裝夾,避免加工完第一步就無(wú)法進(jìn)行下一步,編制工藝一定要考慮下一步加工內(nèi)容,考慮好整體步驟流程。第二需要考慮好刀柄和刀具,根據(jù)模型確定好使用的刀柄類型、大小和型號(hào),以及確定好使用的刀具以及裝刀長(zhǎng)度。既要保證刀長(zhǎng)足夠加工,不能因?yàn)榈毒卟粔蜷L(zhǎng)而刀柄導(dǎo)致撞到工件,又要考慮刀具的強(qiáng)度,不能裝夾過(guò)長(zhǎng)容易斷刀和過(guò)于震動(dòng)使得工件過(guò)切。第三需要注意填充物的選擇和使用,充分考慮好是否會(huì)變形以及能否加工完成清除干凈,以及強(qiáng)度能否達(dá)到加工要求等

        3 蜘蛛模型的三軸加工工藝設(shè)計(jì)

        3.1 整體加工工藝方案 根據(jù)蜘蛛模型結(jié)構(gòu),采用三軸數(shù)控銑加工至少通過(guò)三次裝夾才可以完成,刀軸方向分別從蜘蛛垂直背面方向、垂直底部方向和頭部指向尾部方向。其中第一、二次裝夾可完成絕大部分加工內(nèi)容,第三次裝夾主要清除觸須根和頭部余量。首先通過(guò)UG軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)邊框用于裝夾加工,確定好擺正與模型相對(duì)位置,確定好相應(yīng)的刀具量具,確定好加工順序,先加工背部一面,再加工底部一面,最后加工頭部一面,每一次裝夾加工后需要做好第下一次裝夾的定位。

        3.2 設(shè)備、材料和工具等選擇 根據(jù)加工所需和現(xiàn)有的條件,加工設(shè)備選用寶雞VMC850三軸加工中心,配置系統(tǒng)為廣州數(shù)控GSK983系統(tǒng)。由模型大小而設(shè)定的邊框可選擇材料為200mmX150mmX60mm鋁塊(精料),飛刀D16R0.8;白鋼銑刀D20、D12、D10、D8、D6、D4;鎢鋼球刀R4、R3、R2、R1.5,電腦(裝有UGNX7.5軟件)、U盤、平口鉗,百分表,分中棒,對(duì)刀儀、卡尺,電動(dòng)打磨機(jī)、砂紙,銼刀、石膏粉等等。

        3.3 裝夾方案 第一次裝夾直接采用平口鉗將鋁塊長(zhǎng)邊朝向機(jī)床X軸方向夾緊,夾緊高度為20mm。第二次裝夾時(shí),需要在加工好第一面時(shí)填充好石膏,并且加工好外形用于裝夾。第二次裝夾則直接反面掉頭,夾緊已經(jīng)加工好外形面即可。第三次裝夾時(shí),頭部朝上,夾緊已經(jīng)加工好的正反面,采用石膏填充好,以免加工時(shí)變形損壞,加工完成后再清除。如圖2為裝夾工藝方案。

        圖2 裝夾工藝方方案

        4 程序編制過(guò)程

        4.1 工序步驟 第一面加工的步驟和切削參數(shù)基本上與第二面相似,主要不同的是第二面開(kāi)粗時(shí)不能使用大刀開(kāi)粗,避免切削力過(guò)大而過(guò)切。第三面加工量不多,步驟比第一、二面的少,但也包含開(kāi)粗、半精加工、精加工等多個(gè)步驟。

        4.2 程序編制 使用UG8.5軟件進(jìn)行刀路軌跡編輯,第一步建立好坐標(biāo)系,三次加工的編程坐標(biāo)零點(diǎn)都設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的工件中心上表面,加工時(shí)工件坐標(biāo)系也設(shè)為與編程重合;然后設(shè)置好刀具、刀夾等幾何參數(shù)和刀具干涉檢查,最后再對(duì)每個(gè)步驟進(jìn)行軌跡編輯。開(kāi)粗采用型腔銑,清角和清理殘留余量采用剩余銑,半精加工使用深度輪廓銑和固定軸輪廓銑,精加工使用固定輪廓銑。

        5 加工過(guò)程

        5.1 仿真操作 由于模型過(guò)于復(fù)雜,上機(jī)床加工前必須通過(guò)仿真,避免程序出錯(cuò)導(dǎo)致加工出現(xiàn)問(wèn)題。仿真使用UG8.5軟件自帶仿真模塊,主要是查看加工順序有無(wú)欠切、碰撞、過(guò)切等問(wèn)題,也可以對(duì)刀具裝夾長(zhǎng)度進(jìn)行粗略驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)仿真后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)刀路問(wèn)題,模擬加工出來(lái)的效果比較理想,可進(jìn)行按順序后處理出NC代碼進(jìn)行加工。

        5.2 數(shù)控銑操作與加工 X、Y軸使用分鐘棒四面分中,Z軸除第一把基準(zhǔn)刀直接試切外,其他均使用使用對(duì)刀儀對(duì)刀。然后按照工藝步驟對(duì)應(yīng)程序依次調(diào)出程序加工即可,完成第一面后進(jìn)行石膏填充,等待石膏完全凝固并且冷卻后才拆下工件。之后進(jìn)行第二面加工,加工完畢后再次填充石膏。最后加工頭部的第三面,三次裝夾加工后去除石膏即可。

        5.3 產(chǎn)品質(zhì)量分析 加工好的蜘蛛模型如圖3所示,總體上已經(jīng)加工到位,光潔度也滿足要求,只有少許部位曲面夾角過(guò)小的地方無(wú)法進(jìn)刀導(dǎo)致有些清根不到位。即使更換更小的刀具或者使用五軸設(shè)備加工也無(wú)法完全清理到位的。兩次裝夾接刀的部位有輕微的接刀痕,但是完全不影響美觀??偟膩?lái)說(shuō),蜘蛛模型是能夠通過(guò)改善工藝使用三軸加工出來(lái)的。

        圖3 加工效果

        6 結(jié)語(yǔ)

        以上詳細(xì)論述了蜘蛛模型整個(gè)工藝設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中,加工出來(lái)的實(shí)物雖然仍有極少余量未能清理,多次裝夾也會(huì)導(dǎo)致誤差的累積使得精度會(huì)低于五軸軸加工中心一次裝夾加工出來(lái)的產(chǎn)品,但是已經(jīng)和五軸加工出的產(chǎn)品效果很接近,已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的效果。試驗(yàn)證明,蜘蛛模型不僅僅可以通過(guò)五軸加工中心完成,也可以通過(guò)改變加工方法和合理安排工藝路線等在三軸數(shù)控銑床上完成。

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