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五軸聯(lián)動加工中心的加工案例分析

時間:2017-07-20 15:52來源:山東海特數(shù)控機床
  如今在各個領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品往往有著十分復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu),比如航空、航天產(chǎn)品等,這是由力學(xué)性能要求所決定的;另外,在民用產(chǎn)品方面,比如玩具、裝飾品等,也有著十分怪異的形態(tài),這是因為人們的需求逐漸趨向個性化,這樣就可以在各個領(lǐng)域內(nèi)有效應(yīng)用五軸聯(lián)動加工中心數(shù)控加工技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的加工技術(shù),本技術(shù)有著很大的優(yōu)勢,裝卡一次,就可以對復(fù)雜零件的多個表面進行加工,不僅可以擁有較高的精度,效率也很高。
  1.五軸加工中心的程序編制
  相較于三軸加工中心,五軸加工中心具有一系列的不同,在過去三軸加工的條件下,工件坐標(biāo)系中,有著固定的刀具軸線, 而在如今五軸加工的條件下,可以結(jié)合具體情況來改變刀具軸線。在控制刀具軸線的時候,需要保證加工質(zhì)量,提高切削效率。那么,我們就可以了解到優(yōu)化刀具姿態(tài)就是五軸加工的關(guān)鍵。一般有三種刀具軸線控制方式經(jīng)常會被用到,分別是與加工表面平行、垂直以及傾斜。在五軸加工中,*經(jīng)常用到的控制方法其實還是傾斜于加工表面,在一些特殊情況下,會用到與加工表面平行和垂直的方式。加工的曲面如果比較復(fù)雜,為了避免有刀具、工件以及夾具等干涉問題的出現(xiàn),往往會對角度進行改變,并且對數(shù)控程序進行優(yōu)化。
  一般按照這樣的步驟來編制五軸程序:
  一是結(jié)合模型來對切削策略進行定義,在多軸加工中,比較經(jīng)常用到的方式是可變軸輪廓銑,將驅(qū)動點合理生成于驅(qū)動幾何體上,然后沿著設(shè)定的矢量向零件模型上映射驅(qū)動點,這樣刀位軌跡就可以自動生成。我們在對刀位軌跡生成質(zhì)量進行判斷時,主要依據(jù)的是刀位軌跡的長度來進行,同時,還需要將刀軸的方向變化情況充分納入考慮范圍。
  二是刀軸控制方式:刀軸控制方式切削加工,相較于三軸固定輪廓銑,本方法可以自由控制刀具軸線矢量。可以結(jié)合具體情況來對驅(qū)動方法進行選擇,不僅可以從面進行,還可以從點和線來進行,不管采用哪種驅(qū)動方法,都需要不能太過急促的改變刀具軸線,否則就會對切削載荷產(chǎn)生影響。
  三是合理選擇切削參數(shù):在選擇切削參數(shù)的時候,需要綜合考慮,將加工系統(tǒng)中的每一個因素充分納入考慮范圍,其中,影響*大的方面是刀具和工件。首先要確定加工對象,對加工對象的大小以及工件形狀等進行分析,然后依據(jù)選用的刀具,對切削參數(shù)等進行合理選擇,比如刀具材料、直徑等,之后還需要對其他的各種參數(shù)進行深入選擇,比如機床轉(zhuǎn)速、刀具切深等等。
  2五軸聯(lián)動加工中心的加工案例
  在本加工案例中,選擇的是某種小轎車的汽車模型,經(jīng)過一次裝卡,加工全部完成。具體來講,從這些方面來進行分析:
  本小轎車的尺寸為450mm×290mm×220mm,加工曲面比較的復(fù)雜,將代木設(shè)置為加工材料。在本轎車模型的加工中,主要需要注意這些方面,首先是如何*好的控制五軸聯(lián)動加工中心加工中的刀軸,如何保證那些非連續(xù)復(fù)雜曲面的加工精度;其次,采用合理方法來制作驅(qū)動曲面,生成五軸聯(lián)動以及固定五軸的加工程序。在本次加工中,選用的是我國某公司自主研發(fā)和生產(chǎn)出來的五軸聯(lián)動加工中心,本汽車模型有著較為復(fù)雜的加工曲面,還需要加工一些倒扣面,可以將五軸聯(lián)動加工技術(shù)的特點充分體現(xiàn)出來。如果采用三軸加工中心,是無法滿足使用需求的。在數(shù)控系統(tǒng)方面,依然選用我國某公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的高檔網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng),可以非常有效的控制多軸聯(lián)動機床。并且,選用的本網(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)對多軸聯(lián)動加工的關(guān)鍵性控制技術(shù)也進行了改進,可以*好的擴展控制軸,系統(tǒng)對皮米插補功能以及其他的補償功能也進行了改進;此外,本系統(tǒng)還具有其他的一系列功能,比如在加工過程中,可以對擺軸長度進行合理設(shè)定;可以進行前瞻控制;另外,本數(shù)控系統(tǒng)還結(jié)合了windows系統(tǒng),這樣數(shù)控系統(tǒng)的專用性才可以得到提高。同時,*好的設(shè)計了軟件的界面,可以對五軸加工過程進行*好的模擬顯示。在卡具選用方面,也需要引起人們的重視,特別是工件的裝卡位置,選擇對了位置,才可以促使操作人員*好的裝卡。我們在裝卡的時候,選擇的是強力拉緊螺釘,這樣在專用卡具上就可以牢牢的固定小轎車,可以*加可靠的進行加工。
  合理選用加工刀具以及刀柄,在本加工案例中,通過對汽車模型加工要素和加工精度等進行綜合分析,需要用3把刀具完成加工。分別選用r4圓角的Φ16立銑刀;Φ6整體硬質(zhì)合金球刀;Φ10r1的整體硬質(zhì)合金銑刀。刀柄選用熱膨脹結(jié)構(gòu)刀柄,夾持刀具就可以*加的精準,保證在高速旋轉(zhuǎn)時刀具的動平衡,并且回轉(zhuǎn)精度也不會受到影響。這樣,切削加工的精度就可以得到顯著提高,獲得*加好的工件表面,并且在切削過程中,刀具的受力狀態(tài)也可以得到顯著改善。
  在CAM軟件中后置設(shè)置方面:
  一是制作驅(qū)動曲面,上文我們已經(jīng)提到,在多軸編程中,首先是依據(jù)相關(guān)策略,促使驅(qū)動點合理生成于驅(qū)動曲面,然后采取合理的投影方法,向被加工的工件表面上投影這些生成的驅(qū)動點,依據(jù)某些規(guī)則來促使刀具路徑自動生成。在多軸加工中,可以結(jié)合具體情況來改變刀軸的軸線方向,這樣就可以有效加工復(fù)雜曲面。我們需要注意的是,被加工曲面的加工效率以及精度等都會受到驅(qū)動曲面的影響,因此,一定要科學(xué)合理的制作驅(qū)動曲面,盡量制作的簡單一些,不能過于復(fù)雜。
  二是編制數(shù)控加工程序:首先是編制粗加工程序,利用加工模塊中的固定五軸來編程小汽車模型,促使工具加工可以從各個方向來進行,并且完成了粗加工之后,可以取出小轎車的大面積材料。其次,編制半精加工程序,我們在半精加工小轎車時,采用的是多軸加工―連續(xù)五軸,將工件的殘留量給去除掉。然后是編制精加工程序,在精加工小轎車各個區(qū)域時,我們采用的是Φ6球刀,這樣不僅加工精度可以得到保證,還可以有效提高加工效率和加工質(zhì)量。然后我們結(jié)合具體的操作要求,來對驅(qū)動曲面的驅(qū)動方向、參數(shù)以及其他的各個方面進行合理設(shè)置,比如切削方式、切削參數(shù)、非切削參數(shù)等等。其他的參數(shù)則是依據(jù)相關(guān)的規(guī)定,來對加工程序進行合理編制。一般來講,在五軸聯(lián)動的編程中,很難采用手工編程的方式需要大量的數(shù)學(xué)計算,借助專業(yè)的軟件來進行自動編程。*后,在編制多軸程序時,非常重要的一個方面就是控制刀軸,同時,這樣方面也存在著較大的難度,它會對工件加工的精度以及質(zhì)量等諸多方面產(chǎn)生直接影響,因此需要引起人們足夠的重視。在本加工案例中,刀軸的變化主要是利用驅(qū)動曲面來實現(xiàn)的。
  在建造多軸后置處理方面,后置處理有著十分大的作用,因為我們采用的CAM軟件在計算工件的刀具路徑時,并沒有考慮工件的變化,結(jié)合工件上等待加工的空間點,來在工件上轉(zhuǎn)動刀具。在后置處理時,結(jié)合機床結(jié)構(gòu)以及具體的運動關(guān)系,來對刀具路徑進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,之后將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的合適的程序代碼。要想進行多軸程序的后置處理,就需要構(gòu)造一個后置處理,保證構(gòu)造的這個后置處理和加工中心有著相同的結(jié)構(gòu),并且和數(shù)控系統(tǒng)的指令格式以及運行特點等也是符合的。那么,在構(gòu)造后置處理時,需要對加工中心的結(jié)構(gòu)充分了解,并且將數(shù)控系統(tǒng)的運行特點以及指令格式等充分納入考慮范圍,,完成構(gòu)造之后,將其合理保存。通過自動編程將刀位程序編制好之后,需要進行轉(zhuǎn)換,一般將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準G代碼,這樣才可以被加工中心所讀取。這些工序完成之后,就需要校驗這些程序,因為本系統(tǒng)具有模擬顯示的功能,那么就可以在軟件中建立一個五軸聯(lián)動加工中心,它和實際結(jié)構(gòu)有著相同的轉(zhuǎn)臺,其他方面也都是相同的,按照實際的位置將汽車模型放進去,就可以進行模擬加工。
  五軸聯(lián)動加工中心實際加工:在轉(zhuǎn)臺上合理安裝夾具,轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)中心和夾具的回轉(zhuǎn)中心重合,然后在夾具上安裝汽車毛胚。結(jié)合編程時確定下來的加工原點,來設(shè)定刀具,然后就可以進行機床的操作。不管是粗加工,還是精加工,都需要嚴格依據(jù)確定下來的工藝參數(shù)來進行。在加工過程中,連續(xù)擺動擺動軸,控制其擺動范圍,同時,轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)軸,配合直線軸,來對那些倒扣的曲面進行加工。
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