基于NXCAM銑刀盤5軸加工技術(shù)的應(yīng)用研究

古遠(yuǎn)明

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東河源 517000）

1 引言

隨著人們對(duì)生活品質(zhì)要求的不斷提高，特別是對(duì)居家家具造型設(shè)計(jì)及整體美觀方面。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展改變了傳統(tǒng)家具生產(chǎn)制造工藝，家具產(chǎn)品大部分的工序都由數(shù)控機(jī)床加工完成。因家具產(chǎn)品是小批量或單件定制加工，家具行業(yè)所需的刀具沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，大部分刀具需要定制。本文以家具行業(yè)銑刀盤制造為例，闡述其加工流程及解決實(shí)際難點(diǎn)，為其它類型的銑刀盤制造提供經(jīng)驗(yàn)。

2 銑刀盤加工工藝分析

加工材料為精料2A12T4鋁合金圓棒，外形尺寸為φ81.5×115mm，2A12T4是典型硬鋁合金、強(qiáng)度高、有一定的耐熱性、硬度是120HB、抗拉強(qiáng)度σb≥390MPa、伸長率δs≥12%、條件屈服強(qiáng)度σ0.2≥255MPa，根據(jù)毛坯材料選擇鋁料專用硬質(zhì)合金刀具。如圖1銑刀盤零件圖所示，銑刀盤前端軸φ170-0.018mm與軸承配合、對(duì)配合精度要求高、邊加工邊配合，對(duì)螺旋凸槽上φ6.8mm的螺紋底孔孔中心定位精度要求比較高，對(duì)配合面表面粗糙度值為Ra1.6μm、其余表面粗糙度值為Ra3.2μm。故選用新代5軸數(shù)控機(jī)床加工方式加工銑刀盤零件，可以滿足其技術(shù)要求和質(zhì)量要求。

圖1 銑刀盤零件圖

3 銑刀盤加工存在的問題

（1）銑刀盤采用分度頭夾具裝夾在3軸數(shù)控機(jī)床上加工，需要多次裝夾，銑刀盤前端φ170-0.018mm與軸承裝配精度達(dá)不到要求、銑刀盤刀片定位孔φ6.8mm也得不到保證，導(dǎo)致銑刀盤使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀擺值過大及無法安裝刀片的現(xiàn)象。采用3軸數(shù)控機(jī)床加工，加工時(shí)間長，效率低，尺寸精度達(dá)不到要求。

（2）銑刀盤采用4軸數(shù)控機(jī)床加工，如一次裝夾，可以保證銑刀盤的表面質(zhì)量及定位精度，但是銑刀盤前端采用定軸或聯(lián)動(dòng)粗加工時(shí)，加工時(shí)間較長，效率低。如采用多次裝夾，會(huì)出現(xiàn)類型3軸數(shù)控機(jī)床加工的問題。

綜合分析，采用5軸加工技術(shù)及優(yōu)化參數(shù)設(shè)置，可以大大縮短加工時(shí)間，提高銑刀盤的表面質(zhì)量和尺寸精度。

4 銑刀盤的5軸數(shù)控加工

4.1 三維建模

根據(jù)銑刀盤零件圖（見圖1），使用UGNX建模中的設(shè)計(jì)特征、螺旋線、掃掠、片體加厚等命令。其中螺旋線條數(shù)2條，螺旋線導(dǎo)程50mm、起點(diǎn)角度分別為0°和180°，螺旋旋向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，螺旋寬度和深度為12mm和6mm,構(gòu)建銑刀盤三維圖，如圖2所示。

圖2 銑刀盤三維圖

4.2 工藝規(guī)程

根據(jù)銑刀盤材料及質(zhì)量要求，選擇現(xiàn)有的新代DU3505軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其主軸到工作臺(tái)面距離為40～360mm、擺動(dòng)B軸行程為-110～110mm、旋轉(zhuǎn)C軸為360°連續(xù)、主軸轉(zhuǎn)速最高24,000轉(zhuǎn)/min、切削進(jìn)給速度為10,000mm/min，符合加工銑刀盤的要求，毛坯選擇精料2A12T4鋁合金圓棒，外形尺寸為φ81.5×150mm。銑刀盤的加工工藝方案為：

（1）工位一采用三爪卡盤夾持毛坯，加工坐標(biāo)設(shè)置在頂面中心，使用3軸程序加工銑刀盤的前端及控制配合尺寸；使用4軸定向（平面銑、型腔銑、固定輪廓銑）程序加工銑刀盤螺旋槽后端部分特征，保證刀片定位孔的定位精度；使用4軸聯(lián)動(dòng)（可變輪廓銑）程序精加工，保證銑刀盤的表面質(zhì)量和尺寸精度。

（2）工位二采用數(shù)控車床切斷裝夾尾料。

（3）銑刀盤5軸加工工藝卡如表1所示。

表1 銑刀盤5軸加工工藝卡

4.3 程序編制

選擇NX12CAM進(jìn)行5軸數(shù)控程序的編制，程序編制前設(shè)置加工坐標(biāo)為毛坯頂面中心、創(chuàng)建φ81.5×150mm的圓柱體作為毛坯體、部件選擇銑刀盤零件、加工安全高度設(shè)置20mm，創(chuàng)建加工所需的刀具或者導(dǎo)入已創(chuàng)建的刀具庫，按照銑刀盤加工工藝卡順序進(jìn)行程序的編制。

（1）銑刀盤前端數(shù)控粗加工。

銑刀盤前端主要是階梯軸類型的特征加工，可以采用編程工序miil planar中的面銑或者底壁銑命令，也可以采用工序miil contour中的型腔銑命令，同樣可以采用miil contour中的自適應(yīng)銑削命令，在同樣的參數(shù)設(shè)置下，3種命令的加工時(shí)間如表2所示。通過程序效果分析，故采用工序miil contour中自適應(yīng)銑削命令進(jìn)行粗加工，大大縮短了加工時(shí)間，缺點(diǎn)是刀具磨損較快。

表2 銑刀盤前端粗加工工序用時(shí)

當(dāng)前使用刀具是D10的平底刀，在NXCAM編程時(shí)刀具直徑設(shè)置為9.99mm，刀具每次偏置0.01mm生成一次刀路軌跡，直到與軸承配合。

（2）銑刀盤后端螺旋槽粗加工。

在面上偏置曲線到螺旋面的中間位置，選擇工序可變輪廓銑命令，驅(qū)動(dòng)方法選擇流線、投影矢量選擇刀軸、刀軸選擇遠(yuǎn)離直線（銑刀盤軸線），其他參數(shù)按照工藝卡設(shè)置，生成刀路軌跡，如圖3所示。采用同樣的方法編制螺旋槽側(cè)面精加工，刀路軌跡如圖4所示。

圖3 螺旋槽粗加工刀路軌跡

圖4 螺旋槽側(cè)壁精加工刀路軌跡

（3）銑刀盤刀片定位孔加工。

銑刀盤刀片固定螺釘是M8×1.5mm的規(guī)格，底孔直徑為φ6.8mm。在平面上先鉆定心鉆，起到定位和導(dǎo)向作用，保證φ6.8mm底孔的定位精度，使刀片的安裝固定符合要求。如圖5所示為定心鉆及鉆孔刀路軌跡。

圖5 定心鉆及鉆孔刀路軌跡

（4）銑刀盤其他特征精加工。

銑刀盤其余特征的程序編制可以采用編程工序miil planar中的面銑或者底壁銑命令，編制刀位文件。如圖6所示為其它特征部分刀路軌跡。

圖6 銑刀盤部分特征刀路軌跡

4.4 仿真加工

由于5軸刀路軌跡比較復(fù)雜，采用VERICUT8.0數(shù)控仿真軟件對(duì)后處理的程序進(jìn)行仿真加工驗(yàn)證。一般設(shè)置過切和碰撞等現(xiàn)象的提示顏色為紅色、部件還有殘留余量的提示顏色為藍(lán)色。仿真前構(gòu)建了機(jī)床運(yùn)動(dòng)的方式，選擇對(duì)應(yīng)的數(shù)控控制系統(tǒng)，設(shè)置了毛坯體、三爪卡盤夾具、刀具庫及加載了數(shù)控程序等仿真加工要素。經(jīng)對(duì)銑刀盤程序仿真加工，沒有出現(xiàn)紅色及藍(lán)色提示及其他干涉現(xiàn)象，銑刀盤程序可以進(jìn)行實(shí)際機(jī)床加工，程序仿真流程如圖7所示。

圖7 程序仿真流程

5 銑刀盤實(shí)際加工及效果

使用三爪卡盤裝夾毛坯，校正工件及確定加工坐標(biāo)，安裝所需的刀具，按順序在線傳輸（DNC模式）銑刀盤程序到機(jī)床上，進(jìn)給率、快速移動(dòng)及轉(zhuǎn)速倍率調(diào)低，按啟動(dòng)按鈕進(jìn)行程序加工，程序正常運(yùn)行下，把倍率調(diào)到正常設(shè)定值。加工過程中適時(shí)測量及觀察，保證銑刀盤表面質(zhì)量及配合精度。所有程序運(yùn)行結(jié)束后，在數(shù)控車床上切斷得到了實(shí)際的銑刀盤產(chǎn)品，經(jīng)裝配驗(yàn)證，符合產(chǎn)品要求，如圖8所示。

圖8 銑刀盤實(shí)際加工效果

6 結(jié)束語

通過對(duì)銑刀盤零件的程序編制，采用效率高的自適應(yīng)銑削工序命名進(jìn)行粗加工，螺旋槽通過偏置曲線、采用流線驅(qū)動(dòng)的方式生成較為優(yōu)化的刀路軌跡，提高了生產(chǎn)效率。通過偏置刀具大小的方式，控制銑刀盤前端與軸承的配合，保證了銑刀盤的配合精度，從而保證了銑刀盤的使用性能。通過選擇5軸加工方式，避免多次裝夾，保證了刀片定位孔的精度及銑刀盤的產(chǎn)品質(zhì)量。通過VERICUT仿真模擬加工，驗(yàn)證了程序的可靠性和安全性，減少了實(shí)際加工出現(xiàn)干涉碰撞的現(xiàn)象。