數(shù)控加工中心四軸零件加工方向探討

楊偉偉（南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210048）

?

數(shù)控加工中心四軸零件加工方向探討

楊偉偉
（南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210048）

摘 要：掌握數(shù)控加工中心的零件加工特點(diǎn)，維護(hù)好、管理好數(shù)控加工中心，巧妙運(yùn)用UG軟件建模、加工，協(xié)調(diào)好每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的平衡，數(shù)控加工中心才能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，給社會(huì)創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工中心；零件加工；實(shí)例分析；CAD；CAM

1　數(shù)控加工中心簡(jiǎn)介

數(shù)控加工中心是一種功能較全的數(shù)控加工機(jī)床。它把銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋和切削螺紋等功能集中在一臺(tái)設(shè)備上，使其具有多種工藝手段。加工中心設(shè)置有刀庫(kù)，刀庫(kù)中存放著不同數(shù)量的各種刀具或檢具，在加工過(guò)程中由程序自動(dòng)選用和更換。這是它與數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的主要區(qū)別。加工中心是一種綜合加工能力較強(qiáng)的設(shè)備，工件一次裝夾后能完成較多的加工步驟，加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設(shè)備的5～10倍，特別是它能完成許多普通設(shè)備不能完成的加工。加工中心對(duì)形狀較復(fù)雜，精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為適用。特別是對(duì)于必需采用工裝和專(zhuān)機(jī)設(shè)備來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工裝和專(zhuān)機(jī)。這會(huì)為新產(chǎn)品的研制和改型換代節(jié)省大量的時(shí)間和費(fèi)用，從而使企業(yè)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

目前加工中心的系統(tǒng)有很多，知名的有：歐美的西門(mén)子、海德漢、法格；日本的發(fā)那科、三菱；國(guó)產(chǎn)的華中等等，還有很多系統(tǒng)只為自己的機(jī)床配備如美國(guó)哈斯，日本馬扎克、兄弟等等。本文筆者運(yùn)用的數(shù)控設(shè)備是FANUC 0i-MB四軸立式加工中心。

2　數(shù)控加工中心四軸零件C AD CAM實(shí)例分析

2.1CAD建模

2.1.1打開(kāi)UG7.5軟件，進(jìn)入U(xiǎn)G的初始界面，點(diǎn)擊新建按鈕，創(chuàng)建文件名“MOXING”保存于電腦D盤(pán)SG文件夾中。

2.1.2點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕中的建模，進(jìn)入U(xiǎn)G7.5的建模模塊，點(diǎn)擊工具欄中的基準(zhǔn)平面按鈕，創(chuàng)建建模所需的基準(zhǔn)面，如圖1所示。

圖1　

2.1.3在插入中點(diǎn)擊草圖按鈕，在草圖界面中運(yùn)用曲線(xiàn)命令，以設(shè)計(jì)尺寸，在X-Y平面內(nèi)繪制曲線(xiàn)，如圖2所示。

圖2　

2.1.4點(diǎn)擊完成草圖按鈕，退出草圖界面，選擇YZ平面為基準(zhǔn)面，進(jìn)入草圖界面，運(yùn)用點(diǎn)與曲線(xiàn)命令，繪制曲線(xiàn)，如圖3所示。

圖3　

2.1.5點(diǎn)擊完成草圖按鈕，退出草圖界面，選擇XZ平面為基準(zhǔn)面，進(jìn)入草圖界面，運(yùn)用點(diǎn)與曲線(xiàn)命令，繪制曲線(xiàn)，如圖4所示。

圖4　

2.1.6點(diǎn)擊完成草圖按鈕，退出草圖界面，點(diǎn)擊曲線(xiàn)命令中的藝術(shù)樣條命令，運(yùn)用藝術(shù)樣條繪制三維曲線(xiàn)，點(diǎn)擊曲面功能中的N邊曲面命令，按信息欄提示信息操作，選擇底面邊框線(xiàn)條，創(chuàng)建底平面，如圖5所示。

圖5　

2.1.7通過(guò)網(wǎng)格曲面命令建立元寶四壁面，點(diǎn)擊網(wǎng)格命令，進(jìn)入網(wǎng)格建模界面，選擇主曲線(xiàn)2條，如圖所示，選擇交叉曲線(xiàn)4條，點(diǎn)擊應(yīng)用按鈕生成曲面，如圖6所示。

圖6　

2.1.8點(diǎn)擊回轉(zhuǎn)命令按鈕，選擇截面曲線(xiàn)一條，選擇回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)，設(shè)定回轉(zhuǎn)面角度參數(shù)，點(diǎn)擊應(yīng)用按鈕生產(chǎn)回轉(zhuǎn)曲面，運(yùn)用修剪體命令修剪多余體，點(diǎn)擊修剪體命令，選擇目標(biāo)體與工具體，選擇修剪保留部分，運(yùn)用縫合命令縫合所有面，如圖7所示。

圖7　

圖8　

圖9　

2.1.9 元寶主體建模完成，四周的花紋建模方法如同上述曲面建模，構(gòu)建花紋邊框線(xiàn)，搭建三維曲線(xiàn)，運(yùn)用曲面生成命令構(gòu)建所有曲面，如圖8所示。

2.1.10運(yùn)用縫合命令縫合視圖中所有曲面，生成實(shí)體模型，建模完成，如圖9所示。

2.2工藝分析

2.2.1如圖9所示該零件整體為曲面拼接而成，加工基準(zhǔn)清晰，尺寸公差要求正負(fù)0.1mm，形狀和位置公差要求一般，表面粗糙度要求為Ra1.6μm。毛坯材料為6061鋁合金，毛坯尺寸：80×80×45mm。

2.2.2定位裝夾方式：以加工出的φ20圓臺(tái)為定心基準(zhǔn)，以加工的40×20的方臺(tái)一邊為角向基準(zhǔn)。如圖10所示。

圖10　

2.2.3加工設(shè)備

選擇四軸立式加工中心來(lái)加工。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，選擇四軸的立式加工中心。該加工中心工作臺(tái)面大小為1300mm×560mm，刀庫(kù)容量為24把，工作臺(tái)右側(cè)裝有以X軸為旋轉(zhuǎn)中心的回轉(zhuǎn)軸，該加工中心一次裝夾可完成不同工位的鉆、擴(kuò)、鉸、銑、攻螺紋等工步。分度頭可實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)曲面加工。

2.2.4工藝路線(xiàn)

先在立式加工中心上以機(jī)用虎鉗為定位工具，銑成如圖11所示形狀；后以三抓卡盤(pán)為夾具，銑產(chǎn)品主視面形狀如圖12所示；后以四軸卡盤(pán)為定位基準(zhǔn)，40×20方臺(tái)的40長(zhǎng)邊為角向基準(zhǔn)由粗到精加工產(chǎn)品四周曲面，后由車(chē)床對(duì)產(chǎn)品底部進(jìn)行切斷加工，最后對(duì)加工完的產(chǎn)品進(jìn)行表面打磨拋光處理。

圖11　

圖12　

2.3CAM加工

2.3.1打開(kāi)UG7.5軟件，加載已建的模型，點(diǎn)擊開(kāi)始中的加工，進(jìn)入U(xiǎn)G的多軸加工編程模式，以模型底面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，安全平面為10mm，創(chuàng)建加工幾何體及加工毛坯，如圖13所示。

圖13　

2.3.2創(chuàng)建此工序所需的刀具，對(duì)應(yīng)機(jī)床刀庫(kù)中的刀具號(hào)，T01號(hào)刀具直徑12mm的球刀和T02號(hào)刀具直徑6mm的球刀刀具庫(kù)中已經(jīng)存在，此工序需創(chuàng)建T05號(hào)刀具直徑1的球刀，點(diǎn)擊創(chuàng)建刀具，如圖14所示。

圖14　

2.3.3點(diǎn)擊創(chuàng)建操作按鈕，選擇多軸銑模式，選定加工面及驅(qū)動(dòng)曲面，設(shè)定合理的刀軸參數(shù)，設(shè)定恰當(dāng)?shù)那邢鲄?shù)，生成四軸粗加工軌跡，如圖15所示。

圖15　

2.3.4同上操作步驟相似，改變加工刀具及加工參數(shù)，分別生成半精加工和精加工軌跡，如圖16所示。

圖16　

2.3.5選定此工序創(chuàng)建的多軸加工操作，對(duì)加工設(shè)置進(jìn)行模擬仿真，點(diǎn)擊確認(rèn)鍵，選擇2D模擬，如圖17所示。

圖17　

2.3.6模擬確認(rèn)正確，選定此工序的操作，點(diǎn)擊四軸后處理按鈕，進(jìn)行程序的生成，修改并保存程序，程序保存名為“四軸加工程序”，如圖18所示。

圖18　

2.4實(shí)際上機(jī)加工

2.4.1打開(kāi)機(jī)床，機(jī)床回原點(diǎn)，按照制定工藝安裝工件，安裝對(duì)應(yīng)刀具，設(shè)定機(jī)床加工原點(diǎn)，導(dǎo)入已生成程序，加工出零件。

2.4.2零件后續(xù)處理

此產(chǎn)品粗糙度有一定的要求，機(jī)械加工出來(lái)的產(chǎn)品表面有刀具加工的痕跡，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)處理。用細(xì)沙紙對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行拋光處理，產(chǎn)品成型。

2.4.3附成品圖片，如圖19所示。

圖19　

結(jié)語(yǔ)

數(shù)控技術(shù)是由機(jī)械學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)四大基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合新型學(xué)科。輔助軟件的CADCAM功能與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，使加工中心的功能充分開(kāi)發(fā)出來(lái)，在不久的將來(lái)，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)會(huì)走向世界前列水平。

參考文獻(xiàn)

[1]李善術(shù).數(shù)控機(jī)床及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]劉有才，肖繼德.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]王榮興.加工中心培訓(xùn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[4]黃康美.數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[5]廖效果.數(shù)控技術(shù)[M].武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

[6]葉蓓華.數(shù)字控制技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

中圖分類(lèi)號(hào)：TH16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A