相機保護罩殼體旋風銑開粗技術的運用

鮑磊，余雁波，朵叢

（云南機電職業技術學院，云南 昆明 650203）

1 零件結構分析

相機保護罩屬于殼體類零件，由尺寸為132×67×34周邊倒R4圓角的長方體外形、總深29mm的內腔與高度不等的島嶼等特征組成，側邊有M20的螺紋孔起到連接攝像機電纜線插孔的作用，六個M5的螺紋孔起到連接后蓋板的作用，六個M2的螺紋孔起到連接鏡頭蓋法蘭盤的作用。3D模型圖如圖1所示。

圖1 相機保護罩殼體3D模型圖

2 加工技術要點分析

對于類似殼體類零件的加工，傳統加工方法通常保持0.5～1mm的小吃刀量，高轉速快進給，存在機床加減速問題，加工效率低，加工時間長，機床和刀具磨損大。相機保護罩加工需要大于刀具直徑2～3倍的Z向切深，同時進給速度需始終保持高速，因此采用旋風銑高效加工技術，整個加工過程中始終保持刀具接觸角處于優化狀態，使刀具路徑接近直線運動的切削條件，起到縮短加工時間、穩定體積切削率和進給率、保護機床和刀具的作用。

3 加工工藝及裝夾方案分析

3.1 毛坯選擇及工藝分析

以節約材料的原則，周身單邊放3mm余量，選擇尺寸為138×73×40、牌號為2A12的鋁合金毛坯，由于周身壁厚5mm變形量小，不考慮實效釋放應力工序，粗加工徑向留0.15mm、軸向0.2mm余量，可直接精加工完成。

加工順序設計為首先加工正面-型腔，其次翻面加工背面-鏡頭蓋法蘭，最后加工側面-電纜接線孔，編程原點的設置遵循基準重合、方便對刀的原則。

3.2 機床的選擇

為便于旋風銑開粗加工工藝的實施，選用配備了α電機、FANUC 0i MD系統的G54立式高速加工中心，其提速響應時間短，主軸最高轉速可達12000r/min，最高進給達60m/min，盤式刀庫換刀時間快，比較適合高速加工。

3.3 工件的裝夾方案

相機保護罩毛坯為方料，選用深度為51mm平口精密虎鉗，配合高度為48mm的兩塊墊鐵裝夾在工作臺上，X方向須用百分表跑平，工件夾持保證3mm以上有效部位；翻面加工時夾持力要合適不能太大，以免對已加工好的加工面造成損傷或使工件發生變形；工件與墊鐵結合面，必須敲實且保證緊貼墊鐵，防止加工后尺寸變小；批量加工時，設置鉗口左上角的尖角點與對刀點重合，工件左側靠平左鉗口進行定位，起到節省裝夾時間的作用。工件的裝夾順序如圖2所示。

4 刀具的選擇

相機保護罩殼體周身單邊余量4mm、內部型腔最深處29mm、中間有局部島嶼，最小圓弧半徑特征4mm、密封槽寬1.5mm、M5螺紋孔及M2螺紋孔，具體刀具選擇如表1所示。

圖2 工件的裝夾順序

表1 加工刀具選擇對照表

5 常規粗加工策略加工

5.1 切削參數的設置

選擇Powermill 2016軟件編程，加工過程先用傳統高速粗加工工藝進行加工，加工策略為軟件中的模型3維區域清除，主要用于粗加工刀路，可以高效的去除復雜輪廓周身及型腔中的余量。偏置全部生成的刀路，設置徑向、軸向余量、行距設置為60%～80%刀具直徑、下切步距設置Z向每次1mm，公差粗加工0.05～0.1，精加工0.01；“快進高度”設置開始安全高度為30、下切高度為10；“高速”設置刀路拐角尖角處的圓弧過渡半徑；“切入切出連接”設置斜向進刀方式，最大斜角不要超過3°，高度大于Z向下切深度0.1～0.5，進給率及切削用量設置如表2所示。

表2 進給率及切削用量設置

5.2 常規粗加工情況

利用后置處理把編制好的刀路軌跡生成G代碼，輸入到機床中實際加工，加工過程中刀具在圓弧過度轉角的地方明顯出現加減速現象，進給F值隨時從750～2799之間不停變換，某些局部狹窄區域會出現機床抖動現象，刀具有效切削刃部分集中在刀尖0.5mm的部位，試切3件以后刀尖部位出現少量磨損現象，但刀具側刃部位都完好無損；產生的切屑是短顆粒碎屑狀，總加工時間為25分42秒。

6 旋風銑開粗策略加工

6.1 切削參數的設置

在與傳統高速開粗進給率相同條件下進行利用Vortex旋風銑策略對該零件開粗，刀具選擇方面與傳統高速開粗策略相同，選用Φ10的整體硬質合金立銑刀開粗、Φ6的整體硬質合金立銑刀二粗，根據式（1）、式（2）、式（3）計算銑削速度及進給量。其中：π取3.14、V為切削速度（m/min)、D為刀具直徑（mm)、N為主軸轉速（r/min）、F為工作臺進給（mm/min)、f為每齒進給量（mm/tooth）、Z為齒數。

選擇銑削速度Vc=250m/min，每齒進給量Fz=0.25mm/z，得出切削參數如表3所示。

表3 進給率及切削用量設置

6.2 Vortex旋風銑參數設置

加工策略選擇模型區域清除策略，樣式里選擇Vortex旋風銑；把測設出來的DNA數據導入到Vortex策略里使用，公差設置為0.1；徑向余量設置0.15mm、軸向余量設置0.10mm；避免刀具磨損過快，輪廓和區域加工時都設置成順銑；行距設置成1.8mm、每次下切深度設置為25mm，臺階切削中的“中間切削層”代表遇到陡峭區域時每次分層的切削深度；進刀模塊中移動類型選擇斜向螺旋，避免刀尖在切入工件時崩刃受損。

6.3 Vortex旋風銑開粗加工效果

Vortex的理論最大切削深度可以為2～3倍刀具直徑，行距在0.2倍刀具直徑以內相對安全；根據實際刀具、機床情況綜合考慮，開粗刀路一次Z向切深度選擇20mm，切寬行距1.8mm，進刀螺旋角度2°，高度0.5mm，當把后置處理生成的程序G代碼輸入到機床系統里，刀具設好零偏值后直接正常啟動加工。加工過程中，刀具首先以S8000的轉速、F2000的下切進給切入工件時，切削時會發出尖銳的聲音；隨即將轉速倍率降到S7000，切削聲音正常，刀具下切到25mm深度即開始正常加工。實際加工過程如圖3所示。

圖3 旋風銑開粗加工過程

整個過程中共用時10分25秒，切削聲音正常，排出針狀切屑，機床負荷表上負荷值顯示5%，且遇到圓角轉彎過度的地方，機床沒有太大的加減速現象，速度F值一直保持在2600～2800之間，機床無抖動震動現象；只有刀具下切到下一個切削深度時，螺旋進刀過程中聲音稍大，進刀負荷值顯示12%，其余過程負荷值均低于5%。

利用同一刀具在同一機床上共試切了3件試件，刀尖無任何磨損，刀具側刃還是保持原有的鋒利度，只有黑色圖層變成銀白色，變色屬于正常氧化情況。

7 常規粗加工策略與旋風銑開粗策略對比分析

與傳統加工不同，Vortex加工過程中刀具、工件包角一直處于較小的狀態，刀具在公轉一周的過程中處于切削狀態的時間較少，徑向的切削深度從零開始逐漸增加到最大，然后再逐漸減小到零；切削力也經歷著從零增大到再減小的過程，始終保持最佳接觸角46°。

在相同零件、相同轉速、相同進給值條件下，經過運用普通高速分層開粗方法和Vortex旋風銑開粗方法，旋風銑開粗優勢顯而易見：Vortex在加工時間上比普通高速分層開粗加工方法節省了15分17秒，效率提高40.5%；刀具磨損率大幅降低；工件質表面刀紋分布均勻，側壁狹窄區域沒有出現震紋路、留給精加工的余量均勻沒有過切現象，加工過程中機床始終保持平穩切削且未出現明顯加減速、震動現象，機床利用率大大提高。

8 結語

通過對光學件小殼體分別運用Vortex旋風銑開粗、與傳統高速銑削分層開粗技術進行實際加工得出Vortex旋風銑大大縮短了加工時間，提高了加工效率，增強了刀具的使用壽命，用刀具最有效的切削部位進行加工，其效果通過數據證明是顯而易見的。

數控加工中旋風銑開粗技術應用越來越廣，正充分利用Delcam的MachineDNA和Vortex技術，不斷總結完善應用于實際生產中，并將能夠為企業生產、數控加工技術研究等領域，提供優化刀具路徑的先進編程，起到充分降低加工成本、提高產品加工質量的作用。

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