任务导入

人们早已认识到多轴加工工艺的优越性和重要性, 但到目前为止, 多轴加工工艺的应用仍然局限于少数资金雄厚的部门, 并且存在尚未解决的难题。 由于干涉和刀具在加工空间的位置控制, 多轴加工工艺涉及的数控编程、数控系统和机床结构较为复杂。

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多轴数控加工工艺实施的基本步骤概括起来有以下要点:

(1) 根据2D 图纸绘制3D 模型, 即建立CAD/CAM 模型

读懂图纸, 严格依据图纸绘制3D 模型。 绘制好模型后, 必须将2D 图纸中的全部尺寸进行检查, 建立尺寸检查记录表。 如果已经预备好3D 模型, 则这一步可以省略。 但是必须对接收的3D 模型进行全面的检查, 检查内容有:

1) 3D 模型的单位是英制还是公制, 如果是英制, 则需要转化为公制, 但图形实际大小不能改变;

2) 如果原3D 模型是在其他软件中绘制的, 尽可能采用IGS、XT 或者STP 格式转化,确保图形的特征完整, 必要时把中间绘制的曲面和曲线也一起转化, 有时会给编程做辅助线带来方便;

3) 分析是否存在掉面或者模型中有破孔等情况, 如果存在这些缺陷, 就必须补全3D模型。

(2) 图纸分析、工艺分析

制定整个零件的加工工艺, 明确多轴加工工艺承担的加工内容及要求。

在大型正规企业, 零件加工的整体工艺是由专职工艺员制定的。 工艺员所制定的加工工艺必须符合本企业的实际情况, 充分利用现有的人力、物力和财力。 本企业不具备条件时, 才考虑与其他企业合作, 进行外发加工。

作为多轴加工数控编程工程师, 需要了解零件的整体加工工艺, 尤其需要了解数控加工工序的任务, 更要能准确绘制出CNC (数控) 加工时初始毛坯的3D 模型。 他还要检查CNC 加工所需要的基准是否齐备, 如果基准不全就需要和工艺员沟通协商确定这些基准到底由哪个工序加工。 另外, 必须对加工材料的牌号和硬度十分清楚, 以便确定合理的切削参数。

(3) 确定多轴数控加工的装夹方案

对于多轴数控加工, 这一步十分重要。 根据CNC 加工的加工内容结合零件形状预先制定合理的装夹方案。 一般来说需要C 轴旋转的、类似旋转零件的可以考虑用自定心卡盘。 超出自定心卡盘范围的, 可以考虑在圆柱毛坯上车出凹槽后用C 轴旋转台上的压板装夹。 必要时要专门设计出专用夹具, 用专用夹具来装夹。

不管采取哪一种装夹方案, 必须在编程图形里绘制出相应夹具的3D 模型, 再转化2D图。 2D 图发给相关部门加工, 3D 模型转化为STL 格式的文件以便在VERICUT 仿真时调用。 绘制夹具3D 模型的目的是确定刀具偏摆的极限位置, 防止刀具运动时超出极限位置而碰伤夹具和工作台。

(4) 编制数控程序及制定加工工步(即数控程序文件)

编制数控程序及制定加工工步是数控编程的核心内容, 即在正式编程前, 事先初步规划需要哪几个数控程序, 给每个数控程序安排其加工内容和加工目的、所用刀具及夹具的规格、加工余量等粗略步骤。 多轴加工和三轴加工类似, 也应该遵守粗加工、清角、半精加工、精加工的编程步骤。

以上四个步骤完成以后再进行数控编程就会胸有成竹。

(5) 定义几何体、刀具及夹具

进入UG 软件的加工模块, 切换到几何视图, 先定义加工坐标系, 这时需注意: 如果采用XYZAC 型机床加工, 编程用的加工坐标系的原点应该与机床的A、C 旋转轴的轴线交点重合; 再定义加工零件体、毛坯体; 最后切换到机床视图, 初步定义编程所用的刀具和夹具。

(6) 定义程序组

创建各个刀轨的轨迹线条, 必要时在编程图形里创建辅助面、辅助线, 恰当选用加工策略, 编制各个刀轨。(www.daowen.com)

尽可能采取固定轴定向加工的方式进行大切削量的粗加工、清角、半精加工、精加工才采用联动的方式加工。 要时刻确保不要使旋转工作台在旋转时承担过大的重切削工作。

(7) UG 软件的内部刀轨模拟仿真

多轴加工的刀轨由于刀具沿着空间偏摆运动复杂, 数控编程工程师要力争在编程阶段排除刀具、夹具与周围的曲面产生的过切或者干涉现象。 为此, 编程时要特别重视对刀轨进行检查, 发现问题及时纠正, 初步进行处理后生成加工代码NC 文件。

(8) 填写数控程序CNC 工艺单

数控程序CNC 工艺单是数控编程工程师的成果性文件, 在其中必须清楚地告诉操作员以下内容: 预定的装夹方案、零点位置、对刀方法; 数控程序的名称、所用的刀具及夹具规格、装刀长度等。 操作员必须严格执行。

(9) VERICUT 刀轨仿真

对于多轴加工编程来说, 最大的困惑就是, 在UG 软件的环境里检查刀轨并未发现错误, 而实际切削时可能会出现一些意想不到的错误。 这是由于UG 软件模拟的刀轨里G00指令和实际机床加工有差别, 以及各个操作刀轨之间的过渡和机床实际运行有差别, 导致UG 软件的仿真与实际有差别。 这一点应该引起特别注意。

而VERICUT 刀路仿真可以依据数控编程NC 文件里的G 代码指令、刀具模型和事先定义的机床模型、夹具模型、零件模型进行很逼真的仿真, 最后分析出加工结果模型和零件模型的差别。 有无过切和干涉, 一目了然。

(10) 在机床上安装零件

操作员按照CNC 工艺单实施有困难, 需要变更装夹方案或者装刀方案时, 要及时反馈给数控编程工程师, 不能自行处理, 否则可能会导致重大的加工事故。

操作员根据CNC 工艺单, 在机床上建立加工坐标系, 记录零件的编程旋转中心相对于机床的A 轴及C 轴旋转中心的偏移数值, 并将这些数值反馈给数控编程工程师。

(11) 加工现场信息处理

数控编程工程师根据操作员的反馈信息, 检查或者修改数控程序, 设置后处理参数进行后处理, 将最终的NC 文件及CNC 工艺单正式分发给操作员进行加工。

(12) 现场加工

操作员正式执行数控程序加工零件时, 其主要职责是正确装夹工件和刀具, 安全运行数控程序, 避免操作时出现加工事故。

操作员先要浏览数控程序, 从字符文字方面检查有无不合理的机床代码; 其次要适当修改程序开头的下刀指令和程序结尾的回刀指令, 使刀具在开始时从安全位置缓慢接近工件, 加工完成时在合理的位置提刀到安全位置。 五轴联动加工时的提刀要确保正确。

一般情况下, 应该先快速运行所有的数控程序并观察主轴及旋转台运动, 没有问题以后就可以正式切削零件, 加工时适当调整转速和进给速度倍率开关, 完成后先初步测量,若没有错误就可以拆下, 然后准备下一件的加工。

任务实施

多轴加工工艺的一般步骤。

知识拓展

多轴数控加工编程的程序验证有哪些手段?