應(yīng)用Cimatron軟件加工“有去無回”類型部件

趙學(xué)慶　王帥

“有去無回”類部件是數(shù)控加工中的難點(diǎn)，通過實(shí)際的應(yīng)用案例介紹了典型“有去無回”部件的加工方法，重點(diǎn)分析了其從工藝制定到程序編制過程中的難點(diǎn)。運(yùn)用Cimatron軟件對其進(jìn)行多次裝卡的分析以及刀軌的生成。為“有去無回”部件的加工提供了思路與方法。

一、引言

所謂“有去無回”類型的加工部件，是指在加工過程中裝夾的次序是單向進(jìn)行的。當(dāng)加工結(jié)束時(shí)，裝夾的部位已經(jīng)被加工去除，無法再次按照之前的裝夾方式進(jìn)行加工，加工基準(zhǔn)也很難定位。部件從機(jī)床上取下后，出現(xiàn)變更或修正的情況，只能報(bào)廢當(dāng)前工件，重新對新部件從毛坯開始再次加工。

此種類型的部件加工是數(shù)控編程加工中難度較高的類型，難點(diǎn)在于理順加工思路。在理順加工思路的過程中，涉及到對現(xiàn)場工裝夾具的運(yùn)用、NC操作習(xí)慣的熟悉、加工難點(diǎn)的預(yù)知、異常預(yù)防以及工序間的檢測判斷等，都要進(jìn)行綜合邏輯分析判斷。這就要求編程技術(shù)人員要具有清晰的加工思路與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

CimatronE是Cimatron公司在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)以及加工制造的CAD/CAM軟件。CimatronE提供了豐富的編程策略：高效的體積銑粗加工、確保高質(zhì)量表面的螺旋銑精加工、高度安全的自動(dòng)清根等。以下將結(jié)合CimatronE在實(shí)際加工中的應(yīng)用，介紹加工“有去無回”類型部件的加工策略。

二、技術(shù)分析

以某型汽車的缸體支架的機(jī)加工試件來闡述加工思路的切入點(diǎn)，思路的順序調(diào)整以及對加工過程中細(xì)節(jié)部位易出現(xiàn)的問題的感知與預(yù)防，如圖1所示。

多次裝夾的部件，原始基準(zhǔn)坐標(biāo)系是源頭，是每次裝夾的參照。能夠準(zhǔn)確找到原始基準(zhǔn)坐標(biāo)系，是裝夾工件的原則；容易找到基準(zhǔn)坐標(biāo)系，就是要合理調(diào)整裝夾次序。

坐標(biāo)系的確立原則：在加工結(jié)束時(shí)，依然保持有平面的相鄰三個(gè)平面相交的點(diǎn)，就是源頭坐標(biāo)系的位置。

1.確認(rèn)坐標(biāo)系

圖2中棕色的三個(gè)平面符合原則，是理想的基準(zhǔn)平面，相交的角點(diǎn)作為坐標(biāo)系。綠色的兩個(gè)平面雖然也平整，但這兩個(gè)平面是加工后得到的平面，可以在后續(xù)的加工中作為參照面?？赡艽嬖诩庸ふ`差，不適合做源頭的基準(zhǔn)平面，如圖2所示。

2.坐標(biāo)系確認(rèn)之后，需要考慮裝夾的次數(shù)

成型部分有三次裝夾：圓柱頭一側(cè)，底面三個(gè)小柱頭一側(cè)，上面有肋筋的一側(cè)，如圖3所示。需要鉆斜孔的兩次裝夾：底面斜孔，側(cè)壁斜孔。

3.確認(rèn)需要五次裝夾后，再安排每次裝夾的次序

次序的安排首先要考慮能夠找到原始的加工基準(zhǔn)，或者可以通過偏置原始基準(zhǔn)得到新的加工基準(zhǔn)。由于需要多次裝夾加工，毛坯的精準(zhǔn)度與垂直度要控制在0～0.03mm之間，以確保翻轉(zhuǎn)加工時(shí)定位的準(zhǔn)確性。毛坯需要精磨削成六方體。

我們對每次裝夾的方向進(jìn)行標(biāo)示，以便于展示為能夠找到基準(zhǔn)、易于裝夾而調(diào)整裝夾次序的思路變化。圖4中表示的裝夾A、B、C、D、E，是調(diào)整以后的加工次序，我們來做詳細(xì)的思路分析。

裝夾A：規(guī)矩的六方體，虎鉗夾持，加工平臺(tái)以上的圓柱頭部分；以左下角的三個(gè)平面交匯點(diǎn)作為原始基準(zhǔn)坐標(biāo)系位置。

裝夾B：加工平面以上部分。平面以下是方體，依然是虎鉗夾持；考慮為裝夾D做工藝裝夾準(zhǔn)備。

裝夾C：從底面鉆斜孔。虎鉗夾持，傾斜加工。定位尋邊時(shí)保證準(zhǔn)確度。

裝夾D：正面加工。無法使用虎鉗，采用壓板方式裝夾。

裝夾E：鉆側(cè)壁斜孔。虎鉗夾持前后平面，使用墊塊墊高凸起的圓柱。X方向?qū)ふ壹庸ね瓿傻膱A弧曲面，可以保證螺紋孔定位精度在0.1mm以內(nèi)，滿足使用要求。

總體思路形成后，開始逐步完善每次裝夾加工的細(xì)節(jié)。細(xì)節(jié)中需要解決的難點(diǎn)有五處：裝夾B時(shí)為裝夾D做工藝裝夾的方式與形狀；為裝夾c的傾斜鉆孔做好X方向的定位基準(zhǔn)；裝夾D加工時(shí)，去除工藝夾持部分時(shí)確保不損傷工件；各次裝夾銜接的痕跡要做到最小，避免后續(xù)拋光失真；裝夾E時(shí)，保證尋邊位置的準(zhǔn)確性。

從上述五處難點(diǎn)中可以分析出，第一點(diǎn)工藝端位置與形式的確認(rèn)是關(guān)鍵。處理好工藝端的細(xì)節(jié)，就會(huì)連帶著解決第二、三、四點(diǎn)的難點(diǎn)。

有效利用未被去除的毛坯，在形狀之外的毛坯上設(shè)計(jì)出工藝端，就可以很好地解決無法裝夾的問題。此種加工設(shè)計(jì)思路稱之為“無中生有”，如圖5所示。

由于工藝端高度超出底面的圓柱頭，在毛坯備料時(shí)要將此段余量考慮進(jìn)去，即毛坯要厚5mm左右。

當(dāng)正面加工結(jié)束，需要切除工藝端時(shí)，要留有0.2mm的連皮，可以保證工件不能懸空掉落，避免刀具碰傷情況的發(fā)生。切斷痕跡留在垂直面與圓角相接的棱線部位，即可在后續(xù)的毛刺清理過程中做到殘留的加工痕跡最小。

裝夾C鉆三個(gè)斜孔時(shí)，由于斜向夾持，X方向定位基準(zhǔn)也可以利用工藝端的棱線，保證尋邊精度在0.1mm以內(nèi)，如圖6所示。

第五處細(xì)節(jié)是尋邊的準(zhǔn)確性問題，歸屬NC操作熟練程度，是操作員的基本功的檢驗(yàn)。

解決了細(xì)節(jié)上的難點(diǎn)，就可以著手進(jìn)行工藝安排了。

三、加工工藝

支架部件材料為鋁合金，不需要熱處理環(huán)節(jié)，在單次裝夾中可完成本次粗、半精加工及精加工的過程。加工的重點(diǎn)在編程與數(shù)控加工環(huán)節(jié)。

由于工藝端的存在，毛坯下料時(shí)要在厚度上預(yù)留5mm的余量。加工工序卡如圖7所示。

四、加工策略

五次裝夾中，有兩次為鉆斜孔，三次裝夾為成型面加工。我們已經(jīng)為斜孔加工做好了裝夾方式與基準(zhǔn)的準(zhǔn)備，可以把主要的精力集中在三次成型面的編程過程中。

進(jìn)入具體的編程策略籌劃過程，就是要把復(fù)雜的模型簡化成為若干凸、凹型特征，再采用針對凸、凹形狀特征的加工方法逐個(gè)解決。編程過程中做到嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致和耐心，多確認(rèn)，避免遺漏?；睘楹喌闹饕椒ㄊ亲鲚o助面。

五、加工方法

第一次裝夾的形狀非常符合凸型件的特點(diǎn)，加工思路清晰。

粗加工使用D35R5刀具，采用環(huán)繞切削的方式，加工參數(shù)如圖8所示。

精加工使用D10R0.5刀具，采用層切削的加工方式，各個(gè)程序的加工參數(shù)與軌跡如圖8所示。

清理平面采用精銑水平區(qū)域的方式，如圖8中的第五個(gè)程序設(shè)置參數(shù)，將平面的部分按照公差要求做好。

第二次裝夾的加工方式與第一次裝夾加工方式類似，同樣是凸型件類型，分為粗加工、精加工、清角和清平面四個(gè)過程。詳細(xì)加工參數(shù)如圖9所示，粉色軌跡為粗加工環(huán)繞切削的顯示，綠色軌跡為D10R0.5刀具使用層切削方式做精加工輪廓的顯示。

第四次裝夾同樣是凸型件的特征類型，加工思路為粗加工、半精加工、精加工和清角加工。

粗加工的形式與前兩次相同，使用D35R5刀具選用環(huán)繞切削的方式加工。由于筋片內(nèi)會(huì)殘留過多的余量，使用D16R1的刀具采用層切削的方式做半精加工，均勻余量，再使用D10R0.5刀具采用層切削的方式做精加工。精加工的軌跡形式如圖10所示。筋片根部的圓角處理，使用D6B的球頭刀具，采用清根功能來實(shí)現(xiàn)。清根銑是CAM軟件的一種智能化的加工方式，軌跡流暢合理，體現(xiàn)出Cimatron軟件優(yōu)秀的清角功能。其余部位做曲面銑削加工，不再贅述。

最后使用D10R0.5刀具將裝夾壓板位置的工藝部位切除。為避免切掉的材料與刀具產(chǎn)生碰撞損傷刀具與工件，在切除時(shí)控制好深度，留有0.1～0.2mm的連皮。待加工完成后，手工將連皮折掉，連皮部位修研拋光，不留痕跡。

在Cimatron的CAD/CAM集成環(huán)境下，通過編制完美的刀路程序，使得整個(gè)工件的加工非常的順利。加工后的效果如圖11所示。

六、結(jié)語

“有去無回”部件是數(shù)控加工中的難點(diǎn)，找到合理的基準(zhǔn)則是解決難點(diǎn)的“鑰匙”。本文運(yùn)用Cimatron軟件對其進(jìn)行多次裝卡的分析以及刀軌的生成，為“有去無回”部件的加工提供了思路與方法。對其他類型“有去無回”部件的數(shù)控加工具有指導(dǎo)意義。endprint