任务导入

思考在加工维纳斯人体的过程中, 其所使用的刀轴控制的应用范围及特点。

知识链接

维纳斯人体加工工艺的回顾:

首先选用“d16r0.8” 刀具对维纳斯毛坯进行粗加工, 加工方法使用“mill_contour”,“刀具子类型” 选择“MILL”, 使用型腔铣, 然后使用直径为10 mm 的刀具对维纳斯人体进行整体半精加工, 加工方法还可以用“mill_contour”, “刀具子类型” 选择“MILL”。用直径为4 mm 的球刀对维纳斯人体的身体进行精加工, 加工方法可以使用“mill_multiaxis”, “刀具子类型” 选择“MILL”, 使用可变轮廓铣进行身体的精加工。 使用直径为2 mm 的球刀对维纳斯人体的头部进行精加工, 加工方法可以使用“mill_multi-axis”, “刀具子类型” 选择“MILL”, 使用可变轮廓铣进行头顶的精加工。 使用直径为4 mm、锥角为52°的雕刻刀对发丝进行加工, 加工方法可以使用“mill_multi-axis”, 刀具子类型选择“MILL”, 使用可变轮廓铣即可完成发丝的精加工。

1. 维纳斯人体的编程过程

(1) 维纳斯人体的结构形状及装夹方法

根据维纳斯人体的3D 模型, 可以将其归类为轴类零件, 此类零件一般选用常规夹具。此次我们选用自定心卡盘。

(2) 选材

维纳斯人体是较为典型的多轴数控加工零件。 其毛坯一般都选用回转体棒料, 根据需求选用不同的加工材料, 在加工过后还可以对成型的维纳斯人体进行涂覆以防腐蚀或者进行电镀以增加美观性。 同时还要考虑切削性, 切削性好的材料可以减少编程和加工的困难; 加工的困难变少, 就使编程发挥的空间变大, 可以编出更好更合理的刀轨, 同时也让表面的质量变得更好。 从而提高整体的工作效率。

(3) 铣削装夹前对毛坯材料的处理

为了减少铣削加工量及便于在铣削时装夹, 我们可以对毛坯材料进行一定的车削加工, 形成回转体基本形状。

注意: 在用车床把棒料车削成毛坯时, 一定要保证毛坯中一些部位的尺寸及位置精度, 以便后续在加工中心上装夹、找正。

(4) 维纳斯人体的加工难点及对应的加工方案

1) 因整体式钻头为复杂的曲面零件, 普通数控机床难以实现其加工需要, 所以最好选用五轴机床来加工(简单对称的钻头也可以用四轴机床加工)。 加工时采用五轴联动加工, 而非3+2 定轴加工。

2) 通常维纳斯人体毛坯形状复杂且较难加工, 所以要选用材料硬度和加工精度都合适的刀具。 粗加工时尽可能选用大直径的铣刀, 这样加工效率比较高, 精加工时选用带锥度(一般为3° ～5°) 的球头铣刀, 以增加刀具的刚性, 避免刀具因刚性问题而折断, 同时也应合理选择切削用量。

3) 由于采用对称粗加工以及对称精加工, 维纳斯人体的头部位置会留下多余材料,所以要对头部进行一次精加工将其清除。

2. 维纳斯人体的加工过程

型腔铣是我们平时常用的粗加工方法(尤其在三轴中最常用), 我们可以在一粗时先用大刀去除工件大部分的余量(加工效率非常高), 再用小刀对工件进行二粗, 去除大刀切削残留的余量。

(1) 维纳斯人体前半部分毛坯粗加工

首先定义毛坯(经车削后的毛坯) 和部件几何体(维纳斯人体), “几何体” 选择“WORKPIECE”, 创建MCS (机床坐标系), 从刀库调刀, 创建“操作” 选择型腔铣。

对维纳斯人体前半部分毛坯粗加工采用型腔铣方式。 “刀轴” 一栏的“轴” 选用“+YM”, 设置选项的“切削模式” 选择“跟随周边”, “步距” 选择“刀具平直百分比”,“平直直径百分比” 键入“50”, “公共每刀切削深度” 选择“恒定”, “最大距离” 键入“0.8”。 重要的是进行“切削层” 的设置, 单击“切削层” 右侧的按钮进入“切削层” 对话框, “范围类型” 选择“用户定义”, “切削层” 及“公共每刀切削深度” 都选择“恒定”, “最大距离” 键入“0.8”, “范围深度” 键入“23.6”, 这个深度多少波动一些也是可以的, “测量开始位置” 选择“顶层”, 单击“确定” 按钮, 返回“型腔铣” 对话框,生成刀轨并确认刀轨。

(2) 维纳斯人体后半部分毛坯粗加工(www.daowen.com)

对维纳斯人体后半部分毛坯进行粗加工同样使用型腔铣方式。 “类型” 选择“mill_contour”, “几何体” 选择“WORKPIECE”。 进入“型腔铣” 对话框进行“刀轨设置”, 首先进行基本设置, “切削模式” 选择“跟随周边”, “步距” 选择“刀具平直百分比”,“平面直径百分比” 键入“50” , “公共每刀切削深度” 选择“恒定”, “最大距离” 键入“0.8”; 随后进入“切削层” 对话框, “类型” 下的“范围类型” 更改为“用户定义”,“切削层” 及“公共每刀切削深度” 都选择“恒定”, “最大距离” 键入“0.8”, “范围深度” 键入“26”, 也可以鼠标拖动高亮显示的面的法向箭头来调节范围深度, 这个深度多少波动一些也是可以的, 只要大于我们要粗加工的厚度即可, “测量开始位置” 选择“顶层”, 最后生成刀轨并确认刀轨。

(3) 维纳斯人体半精加工(二次粗加工)

依旧使用型腔铣方式对维纳斯人体进行半精加工。 “刀轴” 一栏的“轴” 选用“+YM”, “切削模式” 选择“跟随周边”, “步距” 选择“刀具平直百分比”, “平直直径百分比” 键入“50”, “公共每刀切削深度” 选择“恒定”, 重要的是进行“切削层” 的设置, 单击“切削层” 右侧的按钮进入切削层对话框, 其中“范围类型” 更改为“用户定义”, “切削层” 及“公共每刀切削深度” 都选择“恒定”, “最大距离” 键入“0.8”,“范围深度” 键入“23.6”, “部件侧面余量” 键入“0.1”, 最后返回“型腔铣” 对话框,生成刀轨并确认刀轨。

(4) 维纳斯人体精加工

利用较小直径的刀具, 并采用区域轮廓铣方式来对维纳斯人体进行精加工。 “类型”选择“mill_multi-axis”, “几何体” 选择“WORKPIECE”, 进入“区域轮廓铣” 对话框,“指定部件” 选择整个体为部件, “驱动方法” 中的“方法” 选择“曲面区域”, 随后单击右侧的按钮进入“曲面区域驱动方法” 对话框, 选择用于驱动的曲面, “刀具位置” 选择“对中”。 在“驱动设置” 一栏里, “切削模式” 选择“螺旋”, “步距” 选择“数量”,“步距数” 键入“50”, 单击“确定” 按钮。 “刀轴” 一栏中默认设置“轴” 为“4 轴-垂直于驱动体”, 并通过单击右侧的按钮将其选择为“Z”, 返回“可变轮廓铣” 对话框, 最后生成刀轨并确认。

(5) 维纳斯人体头部的精加工

维纳斯人体头部的加工可采用可变轮廓铣。 进入“创建工序” 对话框, “类型” 选择“mill_multi-axis”, “工序子类型” 选择“可变轮廓铣”, “几何体” 选择“MCS-MILL”,然后单击“确定” 按钮进入“可变轮廓铣” 对话框。 其中“指定部件” 选择整个体, “驱动方法” 一栏里单击“边界” 按钮, 进入“边界驱动方法” 对话框, 首先选择用于驱动的曲线, 然后单击“确定” 按钮返回“可变轮廓铣” 对话框。 在“可变轮廓铣” 对话框中“刀轴” 一栏的“轴” 选择“相对于矢量”, 随后单击“编辑” 按钮进入“相对于矢量” 对话框, 选择“YM” 作为矢量, 最后生成刀轨并确认。

(6) 对维纳斯人体发丝进行加工

维纳斯人体的发丝可以使用雕刻刀以可变轮廓铣方式进行加工。 首先进入“创建工序” 对话框, “类型” 选择“mill_multi-axis”, “工序子类型” 选择“可变轮廓铣”, “几何体” 选择“MCS-MILL”, 然后单击“确定” 按钮进入“可变轮廓铣” 对话框。 在“可变轮廓铣” 对话框中“指定部件” 选择整个体, “驱动方法” 一栏里“方法” 选择“曲线/点”, 并单击“曲线/点” 右侧的按钮, 进入“曲线/点驱动方法” 对话框, 首先选择用于驱动的曲线, 然后单击“确定” 按钮返回“可变轮廓铣” 对话框, “刀轴” 一栏的“轴” 选择“插补矢量”, 随后单击“编辑” 按钮进入“插补矢量” 对话框指定刀轴矢量, 并返回“可变轮廓铣” 对话框, 最后生成刀轨并确认。

3. 加工维纳斯人体的刀轴控制

(1) 垂直于部件

可变刀轴矢量在每一个接触点处垂直于零件几何表面, 刀具所在的轨迹点都是垂直于部件; 垂直于部件用于定义在每个接触点处垂直于部件表面的刀轴。

(2) 相对于部件

刀具的圆弧与部件相互接触; 相对于部件通过前倾角和侧倾角指定的最小值和最大值将相应地限制刀轴的可变性。

(3) 垂直于驱动体

刀具所在的轨迹点都是垂直于部件; 垂直于驱动体用于定义在每个接触点处垂直于部件表面的刀轴。

(4) 相对于驱动体

刀具的圆弧与部件相互接触; 相对于驱动体通过前倾角和侧倾角指定的最小值和最大值将相应地限制刀轴的可变性, 其可用于在非常复杂的部件表面上控制刀轴的运动。

任务实施

选择合适的刀轴控制进行程序编写。

知识拓展

使用合适的刀轴控制编写图4.2.70 的加工程序。