基于Power Mill的螺旋電極的仿真加工應用

寧夏職業技術學院 蘇紅磊

前言

21世紀是制造業飛速發展的時代，隨著CAD/CAM的發展，越來越多的產品借助于計算機進行制造。PowerMill是一款功能強大、加工策略豐富的數控加工編程軟件，完善的加工策略，簡單易學，其智能化過切保護、刀具過載保護、豐富的高速加工細節處理、刀桿與刀柄碰撞檢查、優化的計算方法等優點，極大地保證了加工的安全性[1]。現以一螺旋電極模型為例，通過對其加工工藝流程的探討，提出CAM加工規范化思路，為CAM編程人員多進行軸加工提供參考。

1 圓柱凸輪模型案列應用

1.1 零件加工特性分析

觀察螺旋電極圖1，外圓柱面為ф6.6mm，加工時零件剛性不好，所以選用較小的切削用量。根據螺旋特性，刀具保持Y軸和Z軸不動，只沿著X軸運動，工件裝夾在數控機床的第四軸回轉工作臺上旋轉，刀具沿著螺旋槽運動，繪制參考線，選用參考線和螺旋精加工策略，根據對稱性，對刀路軌跡進行旋轉復制。測量螺旋槽寬為4.5mm，使用D6的刀進行粗加工，D2的刀進行精加工，加工方案見表1。

圖1 螺旋電極模型

表1 螺旋電極加工方案

1.2 編程參數預設置

1.2.1 模型輸入

啟動Power Mill軟件在操作界面資源管理器中點擊模型，右鍵輸入螺旋電極模型，擺放至合適角度。

1.2.2 參數設定

（1）坐標系及毛坯設定

螺旋電極整體呈圓柱狀，因此設定毛坯時選用圓柱，坐標系使用命名的工作平面，毛坯Z軸為圓柱軸線方向，毛坯的大小以包絡體計算。擴展值不宜過大，通常以實際加工過程中的毛坯為準。再設置加工坐標系，以左端中心為坐標原點，Z軸方向向上，X軸向右，如圖2所示。

圖2 螺旋電極加工坐標系

（2）刀具創建

螺旋電極外表面為曲面，因此在加工中選用球頭銑刀，經過測量，螺旋槽寬為4.5mm，使用D6的刀進行粗加工，D2的刀進行精加工。

（3）參考線繪制

創建參考線，可以使用其它CAD軟件繪制、導入，也可以使用Power Mill軟件的曲線編輯器Beizer曲線在螺旋面繪制曲線，首尾相連，線條連續。由于參考線精加工是根據參考線在模型上的投影創建刀具路徑，因此參考線的位置直接影響刀具加工路徑，參考線外邊緣盡量靠近零件輪廓。觀察螺旋電極共有四個螺旋區域，對繪制完成的參考線進行旋轉復制，數量為4，角度90，選擇正確的旋轉軸X，從而創建出4條參考線。

圖3 螺旋電極參考線旋轉復制

（4）部分加工參數預設值

根據工藝方案表對切削用量進行參數設置，因為毛坯是圓柱，四軸加工，因此安全區域用圓柱，刀軸朝向螺旋電極軸線，“I”為1。在實際數控加工中，切削用量設置要根據刀具、材料和機床的特性綜合考慮。

1.3 仿真加工與后處理

1.3.1 粗加工策略

粗加工主要考慮效率，在現有的條件下盡快去除多余加工量，保證后續精加工的加工余量均勻，從而有利于提高加工精度。粗加工采取參考線加工方式，從底部位置開始驅動曲線，測量加工余量為2.25，考慮螺旋電極尺寸相對較小，加工過程中易振動，因此采用多重切削11次，最大下切步距為0.1。刀軸方向采用朝向X軸，即朝向直線。切入、切出水平圓弧，連接曲面上，將四部分螺旋面的刀具路徑合并，仿真加工結果如圖4。從圖中可以看出，在螺旋電極端部有明顯的刀具換向銑削痕跡，螺旋槽中也有沿著參考線加工的痕跡，刀具加工殘留高度明顯，根據刀具路徑統計結果抬刀4次，理論用時2.26min。螺旋電極回轉方向與走刀方向不一致，更換加工策略為旋轉精加工，行距0.1，刀具D6，仿真結果如圖5所示，刀具加工殘留高度明顯改善，從表2刀具路徑統計中，可以看出理論用時3.24min，因此粗加工選用更高效的參考線加工，半精加工采用旋轉加工策略。

表2 刀具路徑統計

圖4 螺旋電極參考線仿真結果

圖5 螺旋電極旋轉仿真結果

1.3.2 半精加工策略

旋轉精加工適合圓柱類形體，加工參數保持刀軸不變，參考方向螺旋，行距0.1，刀具D6R3。螺旋電極的螺旋面最小圓角半徑為1mm，有D6的球頭銑刀加工不到的最小圓角部分。增加半精加工為了精加工時只切削較少的余量，螺旋電極外形尺寸相對較小，精加工刀具直徑小，剛性較差，小的切削量可以減少加工過程中的振動，提高零件表面的加工質量。

1.3.3 精加工策略

采用D2的球頭銑刀，旋轉精加工策略，行距0.07，對螺旋電極外表面進行精加工。精加工目的是提高表面加工質量，銑削方向為順銑，節距采用螺旋，工件轉一圈刀具沿X軸進給量。同時增加Y軸偏移0.1，避免球頭銑刀刀尖切矢法向銑削，使刀尖偏移0.1，理論上刀尖銑削速度為零，會影響工件加工表面質量，用側刃先參與銑削。最終仿真加工結果如圖6所示。

圖6 螺旋電極仿真加工結果

刀具路徑碰撞過切檢查及仿真模擬加工沒問題后，進行后處理，設置NC首選項，注意輸出工作平面，選擇合適的機床，生成NC機床程序。

圖7 后處理設置

2 結束

Power Mill軟件在多軸數控加工方面有著明顯的優勢，多種加工方式淺顯易懂，能夠有效地提高加工準確性和加工復雜零件的能力。本文介紹的加工與編程方法，對圓柱形體類零件的加工有著一定的參考作用。