基于PowerMill的大賽典型零件數控仿真加工

彭 婧，李勝利

（廊坊燕京職業技術學院機電工程系 河北 廊坊 065200）

1 引言

目前，全國大力發展高職教育，教育部鼓勵舉辦職業技能大賽，以此來檢驗職業技術學院的辦學成績。競賽的內容包括理論知識和操作技能兩部分，理論知識包含了國家職業標準里的理論及相關知識，以選手的綜合職業能力為核心，注重零件的精度、加工細節和工藝過程的考核[1]。

本文選用PowerMill軟件進行零件的仿真加工，因為其在編程方面有龐大的指令系統，可以具體編輯在實際加工中的大部分參數，也可以自由編輯刀具路徑，并備有自動檢查碰撞、過切等防范措施。在仿真加工方面可以依據實際機床的刀軸具體大小設置，可以直觀看出運行軌跡，幾乎可以減少因編程而導致機床碰撞、工件過切等問題。

2 典型零件工藝分析

如圖1所示，該零件為加工中心零件，主要是正反輪廓綜合加工。包括島嶼、盲孔、通孔、壁槽等特征，凸臺的輪廓由直線和圓弧構成，屬于綜合型加工的零件。

圖1 零件圖

圖中有大部分尺寸精度為中等以上公差等級要求，并且需要保證零件的總高度要求。無形位公差要求，表面粗糙度值均為Ra1.6 μm，確保裝夾和定位精度基本就能保證尺寸精度。圖紙尺寸標注完整，組成輪廓的各幾何元素關系清楚，條件充分。所需要基點坐標大部分已給出，另外兩點也容易求得。零件材料為45號鋼，無熱處理和硬度要求，加工后需去除毛刺。

2.1 加工方法及順序

夾持毛坯，伸出高度約為30 mm。型腔采用銑削加工，對其表面粗糙度值要求為Ra1.6 μm,故采用粗銑—精銑方案[2]；對于Ф12、2個Ф10通孔，由于其表面粗糙度要求不高，同時為節約加工周期，故采用直接鉆削的加工方案；Ф32的孔，精度較高，直徑較大，采用先鉆孔后鉸孔的加工方案，以便保證加工精度,Φ20通孔使用鉆削加工即可。工件翻面，伸出高度34.5。采用由大及小的加工順序加工外輪廓及型腔，同樣采用一粗一精方法加工，以便達到表面粗糙度及尺寸精度。對于4×M6的螺紋孔，選用機床鉆削底孔、螺紋導向，手工攻絲。

2.2 裝夾方案

由于零件結構并不復雜，選用國產BV75型立式加工中心。工件毛坯預先在銑床上加工好2個底面和4個側面。然后，選擇其中一個底面和一對平行側面作為定位基準，兩側面也做為裝夾面。把毛坯在機械用平口虎鉗上夾緊，再把平口虎鉗固定在機床工作臺上。然后，通過找正，安裝后的工件側面直邊應與機床Z軸平行，最大偏移量不超過0.02 mm。同時，毛坯頂面也應與工作臺面保持平行，誤差也不得超過0.02 mm。最后，通過對刀將加工坐標系零點建立在工件的上表面中心位置上。調頭后，夾持外八方體的一對邊表面，銑削底平面，保證總高度。兩次均可使用機用平口虎鉗裝夾，方便快捷。

2.3 刀具及切削用量

本次加工所用的刀具主要有：平底立銑刀、鍵槽銑刀、鉆頭、絲錐、倒角刀等。按照加工要求，選取粗加工時的主軸轉速n=500～600 r/min，Vf=80～100 mm/min，ap=5～10 mm；精加工時，選取主軸轉速n=900～1200 r/min，Vf=50～80 mm/min，ap=0.2～0.5 mm。主軸轉速及進給速度的改變可通過操作面板上的“倍率”按鈕來調整[3]。

3 仿真加工過程

3.1 數控加工工序卡片

根據零件的結構特點，按所用的刀具來劃分工序，即在一次裝夾中，用同一把刀具加工出可能加工的所有的部位，然后再換另一把刀具加工其它的部位。這樣即可以減少換刀時間，又可以壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差[4]。在某一工序里的工步，按照首先粗加工，然后再精加工的原則來劃分，其中部分數控加工工序卡片如表1所示。

表1 部分加工的工序卡片

3.2 仿真加工成型及刀路圖

由于外輪廓精加工面積較大，所以選用Ф20立銑刀并提高轉速，放慢走刀，加大背吃刀量，以便達到加工要求。島嶼精加工選用Ф6立銑刀，可以加工較小的島嶼根部。盲孔和通孔由于要求低，直接分別選用Ф12、Ф20、Ф32進行鉆削底孔、擴孔、成型三步，完成正面島嶼精加工刀路如圖2所示。背面島嶼多，使用刀具也較多，所以在加工過程中盡量選用相同刀具，在保證效率的同時，減少換刀和對刀的時間。

圖2 正面島嶼精加工刀路圖

4 結語

本文主要針對大賽的參考零件圖進行軟件模擬加工，根據給定圖樣進行了工藝的分析、確定出具體的加工方案、加工參數和使用的刀具，在PowerMill軟件中完成了零件仿真模擬加工。在數控機床設備上實際加工此種零件，要選擇正確加工中心，采用合理有效夾具和裝夾的方法，制定出符合加工工藝的路線，才能完成標準的零件。