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        基于NXCAM銑刀盤5軸加工技術的應用研究

        2021-08-12 08:43:02古遠明
        模具制造 2021年5期
        關鍵詞:刀路粗加工銑刀

        古遠明

        (河源職業(yè)技術學院機電工程學院,廣東河源 517000)

        1 引言

        隨著人們對生活品質要求的不斷提高,特別是對居家家具造型設計及整體美觀方面。數(shù)控技術的發(fā)展改變了傳統(tǒng)家具生產制造工藝,家具產品大部分的工序都由數(shù)控機床加工完成。因家具產品是小批量或單件定制加工,家具行業(yè)所需的刀具沒有統(tǒng)一的標準,大部分刀具需要定制。本文以家具行業(yè)銑刀盤制造為例,闡述其加工流程及解決實際難點,為其它類型的銑刀盤制造提供經驗。

        2 銑刀盤加工工藝分析

        加工材料為精料2A12T4鋁合金圓棒,外形尺寸為φ81.5×115mm,2A12T4是典型硬鋁合金、強度高、有一定的耐熱性、硬度是120HB、抗拉強度σb≥390MPa、伸長率δs≥12%、條件屈服強度σ0.2≥255MPa,根據(jù)毛坯材料選擇鋁料專用硬質合金刀具。如圖1銑刀盤零件圖所示,銑刀盤前端軸φ170-0.018mm與軸承配合、對配合精度要求高、邊加工邊配合,對螺旋凸槽上φ6.8mm的螺紋底孔孔中心定位精度要求比較高,對配合面表面粗糙度值為Ra1.6μm、其余表面粗糙度值為Ra3.2μm。故選用新代5軸數(shù)控機床加工方式加工銑刀盤零件,可以滿足其技術要求和質量要求。

        圖1 銑刀盤零件圖

        3 銑刀盤加工存在的問題

        (1)銑刀盤采用分度頭夾具裝夾在3軸數(shù)控機床上加工,需要多次裝夾,銑刀盤前端φ170-0.018mm與軸承裝配精度達不到要求、銑刀盤刀片定位孔φ6.8mm也得不到保證,導致銑刀盤使用時會出現(xiàn)刀擺值過大及無法安裝刀片的現(xiàn)象。采用3軸數(shù)控機床加工,加工時間長,效率低,尺寸精度達不到要求。

        (2)銑刀盤采用4軸數(shù)控機床加工,如一次裝夾,可以保證銑刀盤的表面質量及定位精度,但是銑刀盤前端采用定軸或聯(lián)動粗加工時,加工時間較長,效率低。如采用多次裝夾,會出現(xiàn)類型3軸數(shù)控機床加工的問題。

        綜合分析,采用5軸加工技術及優(yōu)化參數(shù)設置,可以大大縮短加工時間,提高銑刀盤的表面質量和尺寸精度。

        4 銑刀盤的5軸數(shù)控加工

        4.1 三維建模

        根據(jù)銑刀盤零件圖(見圖1),使用UGNX建模中的設計特征、螺旋線、掃掠、片體加厚等命令。其中螺旋線條數(shù)2條,螺旋線導程50mm、起點角度分別為0°和180°,螺旋旋向順時針旋轉,螺旋寬度和深度為12mm和6mm,構建銑刀盤三維圖,如圖2所示。

        圖2 銑刀盤三維圖

        4.2 工藝規(guī)程

        根據(jù)銑刀盤材料及質量要求,選擇現(xiàn)有的新代DU3505軸聯(lián)動數(shù)控機床,其主軸到工作臺面距離為40~360mm、擺動B軸行程為-110~110mm、旋轉C軸為360°連續(xù)、主軸轉速最高24,000轉/min、切削進給速度為10,000mm/min,符合加工銑刀盤的要求,毛坯選擇精料2A12T4鋁合金圓棒,外形尺寸為φ81.5×150mm。銑刀盤的加工工藝方案為:

        (1)工位一采用三爪卡盤夾持毛坯,加工坐標設置在頂面中心,使用3軸程序加工銑刀盤的前端及控制配合尺寸;使用4軸定向(平面銑、型腔銑、固定輪廓銑)程序加工銑刀盤螺旋槽后端部分特征,保證刀片定位孔的定位精度;使用4軸聯(lián)動(可變輪廓銑)程序精加工,保證銑刀盤的表面質量和尺寸精度。

        (2)工位二采用數(shù)控車床切斷裝夾尾料。

        (3)銑刀盤5軸加工工藝卡如表1所示。

        表1 銑刀盤5軸加工工藝卡

        4.3 程序編制

        選擇NX12CAM進行5軸數(shù)控程序的編制,程序編制前設置加工坐標為毛坯頂面中心、創(chuàng)建φ81.5×150mm的圓柱體作為毛坯體、部件選擇銑刀盤零件、加工安全高度設置20mm,創(chuàng)建加工所需的刀具或者導入已創(chuàng)建的刀具庫,按照銑刀盤加工工藝卡順序進行程序的編制。

        (1)銑刀盤前端數(shù)控粗加工。

        銑刀盤前端主要是階梯軸類型的特征加工,可以采用編程工序miil planar中的面銑或者底壁銑命令,也可以采用工序miil contour中的型腔銑命令,同樣可以采用miil contour中的自適應銑削命令,在同樣的參數(shù)設置下,3種命令的加工時間如表2所示。通過程序效果分析,故采用工序miil contour中自適應銑削命令進行粗加工,大大縮短了加工時間,缺點是刀具磨損較快。

        表2 銑刀盤前端粗加工工序用時

        當前使用刀具是D10的平底刀,在NXCAM編程時刀具直徑設置為9.99mm,刀具每次偏置0.01mm生成一次刀路軌跡,直到與軸承配合。

        (2)銑刀盤后端螺旋槽粗加工。

        在面上偏置曲線到螺旋面的中間位置,選擇工序可變輪廓銑命令,驅動方法選擇流線、投影矢量選擇刀軸、刀軸選擇遠離直線(銑刀盤軸線),其他參數(shù)按照工藝卡設置,生成刀路軌跡,如圖3所示。采用同樣的方法編制螺旋槽側面精加工,刀路軌跡如圖4所示。

        圖3 螺旋槽粗加工刀路軌跡

        圖4 螺旋槽側壁精加工刀路軌跡

        (3)銑刀盤刀片定位孔加工。

        銑刀盤刀片固定螺釘是M8×1.5mm的規(guī)格,底孔直徑為φ6.8mm。在平面上先鉆定心鉆,起到定位和導向作用,保證φ6.8mm底孔的定位精度,使刀片的安裝固定符合要求。如圖5所示為定心鉆及鉆孔刀路軌跡。

        圖5 定心鉆及鉆孔刀路軌跡

        (4)銑刀盤其他特征精加工。

        銑刀盤其余特征的程序編制可以采用編程工序miil planar中的面銑或者底壁銑命令,編制刀位文件。如圖6所示為其它特征部分刀路軌跡。

        圖6 銑刀盤部分特征刀路軌跡

        4.4 仿真加工

        由于5軸刀路軌跡比較復雜,采用VERICUT8.0數(shù)控仿真軟件對后處理的程序進行仿真加工驗證。一般設置過切和碰撞等現(xiàn)象的提示顏色為紅色、部件還有殘留余量的提示顏色為藍色。仿真前構建了機床運動的方式,選擇對應的數(shù)控控制系統(tǒng),設置了毛坯體、三爪卡盤夾具、刀具庫及加載了數(shù)控程序等仿真加工要素。經對銑刀盤程序仿真加工,沒有出現(xiàn)紅色及藍色提示及其他干涉現(xiàn)象,銑刀盤程序可以進行實際機床加工,程序仿真流程如圖7所示。

        圖7 程序仿真流程

        5 銑刀盤實際加工及效果

        使用三爪卡盤裝夾毛坯,校正工件及確定加工坐標,安裝所需的刀具,按順序在線傳輸(DNC模式)銑刀盤程序到機床上,進給率、快速移動及轉速倍率調低,按啟動按鈕進行程序加工,程序正常運行下,把倍率調到正常設定值。加工過程中適時測量及觀察,保證銑刀盤表面質量及配合精度。所有程序運行結束后,在數(shù)控車床上切斷得到了實際的銑刀盤產品,經裝配驗證,符合產品要求,如圖8所示。

        圖8 銑刀盤實際加工效果

        6 結束語

        通過對銑刀盤零件的程序編制,采用效率高的自適應銑削工序命名進行粗加工,螺旋槽通過偏置曲線、采用流線驅動的方式生成較為優(yōu)化的刀路軌跡,提高了生產效率。通過偏置刀具大小的方式,控制銑刀盤前端與軸承的配合,保證了銑刀盤的配合精度,從而保證了銑刀盤的使用性能。通過選擇5軸加工方式,避免多次裝夾,保證了刀片定位孔的精度及銑刀盤的產品質量。通過VERICUT仿真模擬加工,驗證了程序的可靠性和安全性,減少了實際加工出現(xiàn)干涉碰撞的現(xiàn)象。

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