彎管五軸銑削加工策略應(yīng)用
2021-10-20 來(lái)源:中航光電科技股份有限公司 作者:趙利
彎管是一種特殊的零件,彎管加工分粗加工與精加工,一般精加工常常采用棒糖式刀具,目前市場(chǎng)上主流的編程軟件很少有彎管編程這個(gè)模塊,一般都要靠編程人員的加工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行拆分加工,效率低且容易出錯(cuò)。我公司采用的編程軟件Cimatron E 13.0版本中新增加五軸彎管編程模塊,可快速編制彎管加工程序,使用方便,效率極高,現(xiàn)結(jié)合我公司幾種不銹鋼彎管加工實(shí)例,簡(jiǎn)單介紹一下該編程模塊。
1.零件分析
我公司長(zhǎng)加工的彎管結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示,材質(zhì)為不銹鋼,毛坯采用棒料加工。工件角度分為90°與135°兩種,外形兩端直線(xiàn)部分尺寸要求必保,內(nèi)腔過(guò)線(xiàn)要求圓滑過(guò)渡,不允許出現(xiàn)尖邊,高點(diǎn),彎管外形及直線(xiàn)部分采用五軸銑加工完全能夠保證, 關(guān)鍵是內(nèi)腔如何做到光滑過(guò)渡,沒(méi)有接刀痕。
圖 1 彎管結(jié)構(gòu)圖
2.原來(lái)的加工方法
最初的加工方法是:外形兩端直線(xiàn)部分五軸定位加工,中間曲面球頭刀加工,分兩次從孔口處開(kāi)始加工所有內(nèi)腔,將內(nèi)腔曲面分割成幾段曲面,能采用三軸加工的盡可能采用三軸銑曲面加工,相交處R采用五軸航空銑,棒糖銑刀加工。加工完外形、內(nèi)腔以后片掉工件,下道工序以端面定位,調(diào)頭裝夾直線(xiàn)部分,銑外形剩余曲面,見(jiàn)圖2所示。
圖 2原來(lái)的加工方法
原方法存在的問(wèn)題:
(1)編程困難,程序驗(yàn)證麻煩。將內(nèi)腔曲面分割成幾段,里面有三軸銑,也有五軸銑,加工質(zhì)量及效率要靠編程人員技能保證。程序驗(yàn)證時(shí)采用VERICUT軟件仿真,但只能檢測(cè)嚴(yán)重的碰撞與過(guò)切,加工后產(chǎn)生的接刀痕及尖邊等細(xì)節(jié)部位無(wú)法檢查,并且因機(jī)床誤差及裝夾誤差的存在,多軸銑削后的接刀問(wèn)題是仿真軟件無(wú)法解決的,只能靠編程人員的經(jīng)驗(yàn),手動(dòng)修改、補(bǔ)償 ,以最終加工出的產(chǎn)品實(shí)物為依據(jù)。
(2)加工出的內(nèi)腔不光滑,多次接刀避免不了尖邊。多次設(shè)想采用棒糖刀一次加工出所有內(nèi)腔曲面,因沒(méi)有合適的加工測(cè)量,產(chǎn)生的加工軌跡不合適而作罷。工件加工完成后添加鉗工拋光工序,由鉗工對(duì)內(nèi)腔相關(guān)處R角進(jìn)行打磨,消除接刀。因工件材質(zhì)為不銹鋼,鉗工加工費(fèi)時(shí)費(fèi)力,經(jīng)常出現(xiàn)尖邊打磨不到位,割傷導(dǎo)線(xiàn)等問(wèn)題。
這種加工方法不僅效率低,而且要靠人工來(lái)保證工件關(guān)鍵尺寸,受工人個(gè)體差異及情緒影響,造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。
3.新加工方法的研究
通過(guò)分析,原來(lái)采用的加工方案并無(wú)多大問(wèn)題,問(wèn)題主要出現(xiàn)在編程上,簡(jiǎn)單的說(shuō)就是加工內(nèi)腔時(shí)沒(méi)有一種加工策略可以采用棒糖刀一次精加工所有內(nèi)腔曲面。
去年,我公司編程軟件進(jìn)行升級(jí),由Cimatron E 10版本升級(jí)為E 13.0版本,在五軸加工模塊中增加了彎管銑削策略,見(jiàn)圖3所示。
圖 3 彎管銑削策略
我們希望通過(guò)該策略可以實(shí)現(xiàn)彎管內(nèi)腔一次銑削到位,實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔沒(méi)有接刀的問(wèn)題。首先我們先了解該策略中的四種銑削模式,兩種粗加工模式,兩種精加工模式,圖4是各種模式加工刀具軌跡。通過(guò)軌跡對(duì)比,我們首先排除使用粗加工模式,因棒糖刀加工能力有限,不適合不銹鋼件的開(kāi)粗,最多采用二次開(kāi)粗對(duì)相貫處R去小部分余量。兩種精加工模式,根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn),采用精加工繞的模式更適合彎管內(nèi)腔加工,加工策略定下后,我們測(cè)試了產(chǎn)品整個(gè)精加工軌跡是否滿(mǎn)足要求。
圖 4 彎管銑削加工模式
通過(guò)對(duì)彎管銑削模式的進(jìn)一步探索,我們彎管精加工編程非常簡(jiǎn)單、方便,只需要點(diǎn)選好加工部位,干涉檢查設(shè)置恰當(dāng),設(shè)置好切削參數(shù)就行。并且該加工模塊還有兩個(gè)我個(gè)人認(rèn)為非常有用的設(shè)置單元,一個(gè)是加工區(qū)域設(shè)置,一個(gè)是加工角度限制。
圖 5 加工區(qū)域設(shè)置及加工角度限制
簡(jiǎn)單介紹一下,為什么我覺(jué)得這兩個(gè)參數(shù)重要。首先,加工區(qū)域設(shè)置,第一行選項(xiàng):“輸出類(lèi)型”。里面有三種設(shè)置,頂部,底部,兩者,選頂部,刀具軌跡的輸出是從頂部開(kāi)始,直至干涉檢查起效果后不再向下加工,一般情況下,彎管的內(nèi)腔精加工從頂部輸出后能加工絕大部分內(nèi)容,只剩下一小部分加工不到位,需要再設(shè)置一個(gè)從底部的加工策略,根據(jù)我們的使用經(jīng)驗(yàn),一般不建議選“兩者”,這樣軟件會(huì)自動(dòng)幫你選擇頂?shù)椎妮敵鲰樞颍?因是五軸加工,要考慮機(jī)床安全性,設(shè)置為“兩者”,不僅要考慮編程時(shí)的安全高度,還要看后置文件的安全設(shè)置處理是否合理,假如與一個(gè)安全設(shè)置不合理就會(huì)出現(xiàn)撞機(jī)事故,不如重新設(shè)置一個(gè)底部加工策略,讓刀具回到安全點(diǎn)后再加工,從編程合理性考慮更優(yōu)化一些。
加工角度限制設(shè)置,五軸編程大家都了解,編程時(shí)要盡可能控制機(jī)床的擺動(dòng)幅度及頻次,不僅更安全,而且加工出來(lái)的工件質(zhì)量更好,更穩(wěn)定。例如,加工90°的彎管,從頂部輸出不用設(shè)置角度限制,只要設(shè)置好干涉檢查就行。但從底部輸出時(shí),我們一般將Z軸角度設(shè)置為100°以?xún)?nèi),假如底部輸出的角度限制可以滿(mǎn)足加工完所有曲面,那么我建議將Z軸角度限制盡可能改小,這樣機(jī)床擺動(dòng)幅度較小,更有利于干涉檢查機(jī)加工效率。
其它設(shè)置包括“干涉檢查”與“連接”,按正常加工經(jīng)驗(yàn)設(shè)置就好,沒(méi)有什么需要特別強(qiáng)調(diào)的。
解決完彎管的精加工程序后,再簡(jiǎn)單介紹一下我們粗加工彎管內(nèi)腔的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。剛才已經(jīng)跟大家介紹了,不建議直接采用彎管粗加工策略,我們的加工方案是,先加工完外形,再選用合適的鉆頭分別從頂?shù)足@孔去余量,才分別從兩端體積銑去余量,這樣只剩下相貫處R還有部分余量,這時(shí)還不能直接用棒糖刀精加工,余量還是有點(diǎn)大,這樣不但加工效率低,還容易斷刀,再使用切削能力較好的球頭刀進(jìn)行半精加工,主要是去除相貫處R處余量,這樣,內(nèi)腔曲面余量就均勻一致了,再使用棒糖刀進(jìn)行精加工就可以完美解決彎管的加工問(wèn)題了。圖6是開(kāi)粗示意圖,圖7是加工后的產(chǎn)品效果圖。
圖 6 臺(tái)階鉆孔去余量,采用球頭刀去除相貫處R余量
圖 7 加工過(guò)程及加工后效果圖
6.結(jié)語(yǔ)
Cimatron編程軟件新增加的這個(gè)彎管銑削模塊,對(duì)彎管類(lèi)零件內(nèi)腔的精加工是非常有效的,刀具軌跡簡(jiǎn)潔,安全檢查方便,參數(shù)設(shè)置豐富實(shí)用,結(jié)合合理的粗加工策略,順利完成了我公司各類(lèi)彎管零件的加工,不僅保證了產(chǎn)品質(zhì)量,而且提高了加工效率,降低了生產(chǎn)成本,為今后類(lèi)似結(jié)構(gòu)零件的加工提供了新思路。
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