基于CAXA制造工程師的加工策略研究

2017-06-27 10:45:00武瑞峰

科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年18期

摘要：零件CAM加工的基本流程是繪制零件的加工造型、設(shè)置加工毛坯、選擇加工策略并綜合考慮機(jī)床性能、零件加工要求等因素設(shè)置工藝參數(shù)，生成刀具軌跡，進(jìn)行仿真驗證，最終生成程序代碼和工藝清單。其中加工方法的選擇及軟件中工藝參數(shù)的設(shè)置可視為零件加工工藝的分析和規(guī)劃的實(shí)踐，它是用CAM軟件進(jìn)行編程的主要操作內(nèi)容，它不僅影響被加工零件的加工質(zhì)量和加工效率，而且決定著機(jī)床性能的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：加工造型；等高線加工；掃描線加工；加工參數(shù)；加工策略

引言

CAXA制造工程師是面向型腔類模具和復(fù)雜形狀零件的數(shù)控銑削加工的CAM軟件，集設(shè)計、工藝、制造和管理四大領(lǐng)域。協(xié)同管理產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)、機(jī)床資源庫、刀具庫和數(shù)控代碼。其基本流程為分析圖紙選擇加工策略、繪制加工造型、設(shè)置加工毛坯、綜合考慮機(jī)床性能、零件加工要求等因素設(shè)置工藝參數(shù)，生成刀具軌跡，進(jìn)行仿真驗證，最終生成程序代碼和工藝清單。其中工藝參數(shù)的設(shè)置可視為零件加工工藝的分析和規(guī)劃的實(shí)踐，它是用CAM軟件進(jìn)行編程的主要操作內(nèi)容，它不僅影響被加工零件的加工質(zhì)量和加工效率，而且決定著機(jī)床性能的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。本文通過對花瓶零件采用不同的加工方法及仿真驗證，最終選擇表面質(zhì)量好、加工效率高的加工方案。

1 分析圖紙確定加工方法

CAXA制造工程師常用于曲面加工的方法有等高線粗加工、等高線精加工、掃面線粗加工、掃面線精加工、導(dǎo)動線精加工等。每種加工方法各有特點(diǎn)，對同一曲面零件的加工往往可以采用多種加工方式，但其加工效率和表面質(zhì)量存在一定的差異。由于導(dǎo)動線加工需要具備平面輪廓線和截面線，有些曲面不一定具備。本文以花瓶凸模加工為例，分析等高線加工和掃描線加工方式的加工效率和加工質(zhì)量。

2 零件造型

2.1 零件造型

零件的加工造型有別于設(shè)計造型，設(shè)計造型是要構(gòu)造零件的完整結(jié)構(gòu)形狀，零件的所有幾何要素都要通過造型表達(dá)出來。而加工造型是以加工需要為目的，零件上與加工相關(guān)的幾何要素要通過造型表達(dá)出來。實(shí)際上，加工造型僅針對工序造型，為本工序服務(wù)。對于花瓶凸模如圖1加工所采用的等高線加工和掃描線加工需要對花瓶進(jìn)行實(shí)體造型。造型步驟如下：

繪制花瓶的截面草圖——旋轉(zhuǎn)增料生成瓶體的實(shí)體造型——拉伸生成托體，如圖2所示。

2.2 定義毛坯

毛坯的定義有三種方式，常用的方式是兩點(diǎn)方式和參照模型。本文采用拾取兩點(diǎn)的方式定義毛坯，如圖2所示。

3 零件加工

由于毛坯和工件相比加工余量大，因此加工過程規(guī)劃為粗加工和精加工兩步完成。方法1采用掃描線粗加工、掃描線精加工和筆式清根補(bǔ)加工3種加工方法；方法2采用等高線粗加工、等高線精加工和筆式清根補(bǔ)加工3種加工方法；逐一比較其質(zhì)量及效率。表一為加工參數(shù)。

3.1 等高線粗加工

等高線粗加工是刀具路徑在同一高度內(nèi)完成的切削，如同對零件進(jìn)行水平切片一樣，按照設(shè)置的層高，層層去除毛坯，它所針對的造型為實(shí)體造型。在數(shù)控加工中應(yīng)用最為廣泛，適用于大部分粗加工。方法一中采用了如下的加工方法。仿真加工效果如圖3所示。

3.2 掃描線粗加工

掃描線加工主要用于多曲面形成的凸模和凹模的加工。解決加工平行于加工方向的豎直面加工效果差的問題，增加了自動識別豎直面并進(jìn)行補(bǔ)加工的功能，提高了加工效果和效率。仿真加工效果如圖4所示。

（1）應(yīng)用掃面線加工時，一般情況下要求模型時是右對稱的。

（2）應(yīng)用掃面線加工時，加工造型可以是實(shí)體也可以是曲面。

3.3 兩種加工軌跡的比較

模具的凹凸模的仿形加工通常用等高線加工和掃描線加工兩法，等高線加工即沿模具形狀一定高度的輪廓周緣仿形切削，掃描線加工則是沿模具垂直截面形狀不同高度上下起伏切削。等高線法刀具路徑、切削負(fù)荷和方向變化小，更易保證余量均勻，維持恒定切削速度，背向和側(cè)刀吃刀量。以上各項變化少，就減少了刀具損傷，提高了它的壽命。而掃描線仿形加工時，刀具不斷進(jìn)入退出，反復(fù)地順銑逆銑，刀刃上熱應(yīng)力變化，負(fù)荷變化急劇，刀具易損，加工表面質(zhì)量也較差。在比較兩種粗加工方法的表面質(zhì)量和加工效率后，選擇等高線粗加工作為花瓶的粗加工方案。而精加工由于掃描線精加工適合于對稱曲面及多曲面形成的凸模。故精加工選擇掃描線精加工方法。

3.4 確定加工方法

本文采用粗加工為等高線粗加工，精加工采用掃描線精加工，最后采用筆式清根補(bǔ)加工3種加工方法完成花瓶零件的加工。如圖5所示。加工精度、加工時間、程序長度和代碼行數(shù)在各種方法中都是最優(yōu)的。

4 加工工藝參數(shù)設(shè)置

（1）刀具選擇與加工參數(shù)：下刀方式選擇切入切出方向，粗加工時垂直切入、垂直切出，精加工時考慮接刀痕的問題。

（2）軟件編程的參數(shù)設(shè)置：

a. 安全高度

編程時開始下刀前的一個高度，以及程序中間、結(jié)尾要抬刀的高度，程序中間的抬刀高度可以由參考高度來確定。而當(dāng)勾選上只有在開始及結(jié)束的操作才使用安全高度，則出來的程序里面只有兩處是到安全高度數(shù)的，開始和結(jié)尾。中間則都會抬到所設(shè)的參考高度值，為安全起見，不能低于工件最高位置，太高了則浪費(fèi)時間，低了則發(fā)生碰撞。當(dāng)?shù)毒咛У稒M跨到下一處時中間要躍過障礙物，不能發(fā)生干涉碰撞。一般為50或100，特殊情況特殊設(shè)置。

b. 參考高度

運(yùn)用好參考高度可以節(jié)省很多空刀時間。比如要對一個輪廓內(nèi)的拐角進(jìn)行清角，我們用2D外形的殘料加工，每走一層的抬刀就是參考高度值，如果不設(shè)參考就要抬到安全高度了。

c. 進(jìn)給下刀位置

在下刀前我們都會給一個小小的走G01的高度緩沖。比如說我要從Z0位置開始加工，會從Z1位置開始用G01走。一般情況下會設(shè)置在1-3這個范圍。

5 結(jié)束語

（1）切削方式采用順銑以減小刀具切入毛坯時的受力。

（2）為避免粗銑切人工件時，刀具受力過大，特別采用立銑刀時，應(yīng)采用螺旋進(jìn)刀。

（3）精銑時應(yīng)采用圓弧進(jìn)刀，可以避免刀具過切工件。

（4）應(yīng)用筆式清根加工時，一般選用較小的球頭刀。

參考文獻(xiàn)

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[2]王春海，張增良.CAXA的曲面精加工方法比較與應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程，2005（7）.