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曲面零件的数控加工与刀路应用

2019-10-09  |  作者:现代职业教育杂志  |  栏目:论文中心

作者:蓝小红 本文字数:2514
  [摘           要]  针对曲面铣削加工,分别采用了Mastercam X3和CAXA制作工程师2013编制不同加工工艺路线,并进行优缺点对比。在保证零件加工精度和表面粗糙度要求的前提下,选择合理的加工工艺路线,从而提高数控机床的加工效率,降低加工成本。
  [关    键   词]  曲面铣削;加工工艺;数控加工;Mastercam;CAXA
  [中图分类号]  TG54                 [文献标志码]  A          [文章编号]  2096-0603(2019)19-0282-03
   一、引言
   曲面加工在航空、模具、汽車、造船等各领域中广泛应用。许多零件外形是复杂的曲面,这些复杂形状零件对加工技术的要求较高,如何实现复杂曲面零件的切削加工,提高加工质量与加工效率,降低加工成本是生产制造过程中普遍面临的问题。
   数控加工是CAD/CAM系统中的重要模块之一,较传统加工而言,其加工表面质量较好且加工效率高。尤其适用于加工批量小变化快、型面复杂和精度要求高的产品,对缩短该类产品的制造周期,提高加工精度,降低生产成本等方面具有明显的优势。本文以典型复杂曲面的数控铣削加工为例,分别采用了Mastercam和CAXA制作工程师编制不同加工工艺路线,并就数控铣削加工中加工精度的保证和加工效率的提高等方面进行对比。
   二、曲面铣削加工实例
   (一)零件图
   图1为一个曲面零件图,外形为一个圆柱体,有一个复杂曲面组成的凸台。
   (二)工艺方案
   1.毛坯为¢55*25mm,采用三爪卡盘装夹,装夹高度15mm。
   2.选取¢16平底铣刀,转数2200r/min,进给量800mm/min,下刀速率700mm/min,提刀速率2000mm/min。采用平面铣削加工方式,选取外形轮廓对毛坯平面进行精加工。设置工件表面0.0,加工深度0.0,Z向加工余量0.0。考虑到毛坯尺寸可能不平整,可以通过改变机床Z方向的坐标值,以获得平整的平面和理想的加工效果。
   3.继续选取¢16平底铣刀,用外形铣削加工刀路,选取外形轮廓对零件的外形进行粗、精加工。设置工件表面0.0mm,切削深度0.0mm,XY方向加工余量为0.0mm,设置XY方向分层2次,每次间距0.1。XY方向分两刀进行加工,第一刀加工余量为0.1mm,第二刀加工余量为0mm,以达到粗精加工效果。
   4.掉头装夹,仍然采用三爪卡盘装夹,装夹高度15.0mm,采用分中棒对零件进行四面分中。
   5.继续选取¢16平底铣刀,用平面铣削加工刀路,选取外形轮廓对零件的剩余毛坯进行粗、精加工。设置工件表面0.0mm,切削深度0.0mm,XY方向加工余量为0.0mm,设置Z方向分层,每层1.0mm。
   6.继续选取¢16平底铣刀,用曲面挖槽粗加工刀路,选取实体模型对零件的进行粗加工。设置最高切削深度20.0mm,最小切削深度10.0,整体加工余量为0.3mm,设置Z方向分层,每层1.0mm。
   7.选取¢10R0.3圆鼻球刀,转数4500r/min,进给
  量800mm/min,下刀速率700mm/min,提刀速率
  2000mm/min。用曲面等高精加工刀路,选取实体模型对零件的进行粗加工。设置最高切削深度20.0mm,最小切削深度10.0,整体加工余量为0.0mm,设置Z方向分层,每层0.1mm。
   三、加工路线的选择与对比
   Mastercam是美国CNC Software Inc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。它把计算机辅助设计和制造功能有机结合起来,,不仅能方便地实现型腔铣削轮廓铣削以及电位加工,还具有强大的曲面粗、精加工功能。采用MasterCAM软件不仅能大大提高数控编程效率,而且还能编制出手工编程无法实现的复杂曲面的NC程序,因而大受使用者欢迎,并已在复杂曲面零件的加工制造中获得了良好的应用效果。
   CAXA制造工程师是由我国北航海尔公司开发的有自主知识产权的完整CAD/CAM软件包,并且成为第一届全国数控技能大赛中指定的CAD/CAM软件。它将CAD模型与CAM加工技术无缝集成,可直接对曲面、实体模型进行一致的加工操作。支持高速切削工艺,以提高产品精度,降低代码数量,使加工质量和效率大大提高。可设定斜向切入和螺旋切人等接近和切入方式,拐角处可设定圆角过渡,轮廓与轮廓之间可通过圆弧或S字形方式来过渡形成光滑连接,从而生成光滑刀具轨迹,能满足较高的表面质量要求。
   下面从曲面的粗、精加工分别采用了Mastercam和CAXA制作工程师编制不同加工工艺路线进行外形铣削加工刀路的对比。
   (一)曲面轮廓粗加工
   1.曲面挖槽粗加工
   在Mastercam加工方法中,曲面挖槽粗加工是分层切除曲面与加工范围之间的所有材料,加工完毕的工件表面呈梯田状。如图2曲面挖槽粗加工刀具路径示意图所示,Mastercam根据所选的曲面或实体在不同高度的截面形状,计算出各层的刀具路径。曲面挖槽粗加工效率高,刀具受力均匀,常作为三维曲面粗加工为首选方案。
   操作步骤:
   选择菜单栏中的Tool paths/Surface Rough/Pocket(曲面挖槽粗加工)命令。系统提示选择加工曲面,框选所有曲面为加工曲面,按Enter键确定。

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