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大力神杯在UG 多轴编程以及在加工过程中使用到五轴等高加工。

知识链接

大力神杯加工工艺的回顾:

用直径为20 mm 的刀具对大力神杯毛坯进行粗加工, 加工方法可以使用“mill_contour”, “刀具子类型” 选择“MILL”, 使用型腔铣; 用直径为12 mm 的刀具对大力神杯整体进行半精加工, 加工方法还可以用“mill_contour”, “刀具子类型” 选择“MILL”; 用直径为6 mm 的球刀对大力神杯的底座以及锥面进行精加工, 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; 用直径为4 mm 的球刀对大力神杯主体进行半精加工, 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。 用直径为4 mm 的球刀对大力神杯球体进行精加工, 加工方法可以使用“mill_contour”, “刀具子类型” 选择“MILL”, 使用深度轮廓加工; 用直径为12 mm 的球刀对大力神杯主体进行半精加工, 即可完成大力神杯的加工。

1. 大力神杯的编程过程

(1) 大力神杯的形状及装夹方法

根据大力神杯的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

大力神杯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大力神杯进行涂覆防腐蚀或者进行电镀增加其美观性。 零件材料采用6063 铝合金实心圆棒料, 其硬度较低, 具有切削性较好、切削容易断屑、断屑易排出等特点, 因此在粗、半精加工阶段, 刀具材料可选用普通高速钢刀具。 在精加工阶段, 可选用硬度(HRC) 大于55 的硬质合金铣刀和专用精雕加工刀具。

(3) 铣削装夹前对毛坯材料的处理

为了减少铣削加工量及在铣削时便于装夹, 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和位置精度, 以便于后续在加工中心上装夹、找正。

(4) 大力神杯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, 普通数控机床难以对其进行加工, 所以最好选用五轴机床(简单对称的钻头也可以使用四轴机床加工)。 加工时采用五轴联动加工, 而非3+2 定轴加工。

2) 通常大力神杯主体毛坯形状复杂且较难加工, 所以要选用硬度、精度、材料合适的刀具。 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, 顶部位置会留有多余材料所以要对顶部进行一次精加工来将其清除。

2. 大力神杯的加工过程

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。(www.daowen.com)

(1) 大力神杯毛坯粗加工

第一面粗加工时, 首先定义毛坯(经车削后的毛坯) 和部件几何体(大力神杯),“几何体” 选择“WORKPIECE”, 创建MCS (机床坐标系), 从刀库调刀, 创建工序(型腔铣)。

“刀轴” 一栏中的“轴” 选用“+XM 轴”, “刀轨设置” 一栏的“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“0.4”, 重要的是进行“切削层” 的设置, 单击“切削层” 右侧图标进入“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“0.4”, “范围深度” 键入“42”, 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, 用同样的方法对另一面进行加工。

(2) 大力神杯杯体半精加工

我们可以利用较小直径的刀具对切削刃之间的残留余量进行粗加工, 采用可变轮廓铣, “类型” 选择“mill_multi-axis”, “几何体” 选择“WORKPIECE”, 进入“可变轮廓铣” 对话框, “指定部件” 选择整个体, “驱动方法” 中的“方法” 选择“曲面”, 并单击右侧的按钮进入“曲面区域驱动方法” 对话框, 首先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“150”, 单击“确定” 按钮后返回“可变轮廓铣” 对话框, 将“刀轴” 一栏的“轴” 选为“远离直线”, 随后单击右侧的“编辑” 按钮进入“远离直线” 对话框, 其中“刀轴” 选择“Z 轴”, 最后返回“可变轮廓铣” 对话框, 生成刀轨并确认。

(3) 大力神杯的底座精加工

使用区域轮廓铣, 并设置驱动方法, “驱动设置” 中的“最大距离” 键入“0.2”。 单击“驱动方法” 中“区域铣削”, 并单击右侧按钮进入“区域铣削驱动方法” 对话框, 其中“切削角” 选择“指定”, “与XC 夹角” 键入“0”。 然后返回“区域轮廓铣” 对话框,将“刀轴” 一栏的“轴” 选择“指定矢量”, 并指定为“+ZM 轴”, 最后返回“区域轮廓铣” 对话框, 生成刀轨并确认。

(4) 大力神杯的锥面精加工

大力神杯的锥面精加工采用可变轮廓铣, “类型” 选择“mill_multi-axis”, “几何体”选择“WORKPIECE”, 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” 中的“方法” 选择“曲面”; 并单击右侧的按钮进入“曲面区域驱动方法” 对话框, 其中“指定驱动几何体” 选择用于驱动的曲面, “刀具位置” 选择“对中”; “驱动设置” 中的“切削模式” 选择“螺旋”, “步距” 选择“数量”, “步距数” 键入“50”。 随后返回“可变轮廓铣” 对话框, 将“刀轴” 一栏的“轴” 选择“4 轴, 垂直于部件”, 并单击右侧的“编辑” 按钮, 在弹出的对话框中将“刀轴” 的“指定矢量” 选择“Z 轴”,最后返回“可变轮廓铣” 对话框, 生成刀轨并确认。

(5) 大力神杯杯体精加工

大力神杯杯体精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“WORKPIECE”。 然后进入“可变轮廓铣” 对话框, “驱动方法” 中的“方法” 选择“曲面”, 并在打开的“曲面区域驱动方法” 对话框中“指定驱动几何体” 选择用于驱动的曲面, “刀具位置” 选择“对中”。 “驱动设置” 中的“切削模式” 选择“螺旋”, “步距”选择“数量”, “步距数” 键入“250”。 然后, 返回“可变轮廓铣” 对话框, “刀轴” 一栏的“轴” 选择“远离直线”, 并单击右侧的“编辑” 按钮, 将“刀轴” 选为“Z 轴”,最后返回“可变轮廓铣” 对话框, 生成刀轨并确认。

(6) 大力神杯球体精加工

大力神杯球体的精加工可采用深度轮廓加工, 首先进入“创建工序” 对话框, “类型” 选择“mill_contour”, “工序子类型” 选择“深度轮廓加工”, “几何体” 选择“WORKPIECE”。 然后设置切削层参数, 在“深度轮廓加工” 对话框里, 单击“切削层”右侧的按钮进入“切削层” 对话框, “范围定义” 一栏的“范围高度” 键入“43”, “每刀切削深度” 键入“0.15”。 接着返回“深度轮廓加工” 对话框, “刀轴” 一栏的“轴”选择“指定矢量”, 并选择“XM 轴” 作为矢量, 最后返回“可变轮廓铣” 对话框, 生成刀轨并确认。

3. 深度加工5 轴铣的加工特点及应用范围

深度加工5 轴铣的加工特点: 可通过设置刀具侧倾角对较深的工件进行加工, 但不能加工倒扣的腔体。 深度加工5 轴铣的应用范围: 可用于多轴数控加工程序刀轴中刀轴侧倾方向有多种设置, 可以满足多轴数控加工需要, 用于半精加工和精加工轮廓铣的形状。

任务实施

根据课时内容编写大力神杯的加工程序。

知识拓展

利用本任务所学知识编写图5.2.113 的镂空件加工程序。