相機(jī)保護(hù)罩殼體旋風(fēng)銑開(kāi)粗技術(shù)的運(yùn)用

鮑磊，余雁波，朵叢

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203）

1 零件結(jié)構(gòu)分析

相機(jī)保護(hù)罩屬于殼體類(lèi)零件，由尺寸為132×67×34周邊倒R4圓角的長(zhǎng)方體外形、總深29mm的內(nèi)腔與高度不等的島嶼等特征組成，側(cè)邊有M20的螺紋孔起到連接攝像機(jī)電纜線插孔的作用，六個(gè)M5的螺紋孔起到連接后蓋板的作用，六個(gè)M2的螺紋孔起到連接鏡頭蓋法蘭盤(pán)的作用。3D模型圖如圖1所示。

圖1 相機(jī)保護(hù)罩殼體3D模型圖

2 加工技術(shù)要點(diǎn)分析

對(duì)于類(lèi)似殼體類(lèi)零件的加工，傳統(tǒng)加工方法通常保持0.5～1mm的小吃刀量，高轉(zhuǎn)速快進(jìn)給，存在機(jī)床加減速問(wèn)題，加工效率低，加工時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)床和刀具磨損大。相機(jī)保護(hù)罩加工需要大于刀具直徑2～3倍的Z向切深，同時(shí)進(jìn)給速度需始終保持高速，因此采用旋風(fēng)銑高效加工技術(shù)，整個(gè)加工過(guò)程中始終保持刀具接觸角處于優(yōu)化狀態(tài)，使刀具路徑接近直線運(yùn)動(dòng)的切削條件，起到縮短加工時(shí)間、穩(wěn)定體積切削率和進(jìn)給率、保護(hù)機(jī)床和刀具的作用。

3 加工工藝及裝夾方案分析

3.1 毛坯選擇及工藝分析

以節(jié)約材料的原則，周身單邊放3mm余量，選擇尺寸為138×73×40、牌號(hào)為2A12的鋁合金毛坯，由于周身壁厚5mm變形量小，不考慮實(shí)效釋放應(yīng)力工序，粗加工徑向留0.15mm、軸向0.2mm余量，可直接精加工完成。

加工順序設(shè)計(jì)為首先加工正面-型腔，其次翻面加工背面-鏡頭蓋法蘭，最后加工側(cè)面-電纜接線孔，編程原點(diǎn)的設(shè)置遵循基準(zhǔn)重合、方便對(duì)刀的原則。

3.2 機(jī)床的選擇

為便于旋風(fēng)銑開(kāi)粗加工工藝的實(shí)施，選用配備了α電機(jī)、FANUC 0i MD系統(tǒng)的G54立式高速加工中心，其提速響應(yīng)時(shí)間短，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)12000r/min，最高進(jìn)給達(dá)60m/min，盤(pán)式刀庫(kù)換刀時(shí)間快，比較適合高速加工。

3.3 工件的裝夾方案

相機(jī)保護(hù)罩毛坯為方料，選用深度為51mm平口精密虎鉗，配合高度為48mm的兩塊墊鐵裝夾在工作臺(tái)上，X方向須用百分表跑平，工件夾持保證3mm以上有效部位；翻面加工時(shí)夾持力要合適不能太大，以免對(duì)已加工好的加工面造成損傷或使工件發(fā)生變形；工件與墊鐵結(jié)合面，必須敲實(shí)且保證緊貼墊鐵，防止加工后尺寸變?。慌考庸r(shí)，設(shè)置鉗口左上角的尖角點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)重合，工件左側(cè)靠平左鉗口進(jìn)行定位，起到節(jié)省裝夾時(shí)間的作用。工件的裝夾順序如圖2所示。

4 刀具的選擇

相機(jī)保護(hù)罩殼體周身單邊余量4mm、內(nèi)部型腔最深處29mm、中間有局部島嶼，最小圓弧半徑特征4mm、密封槽寬1.5mm、M5螺紋孔及M2螺紋孔，具體刀具選擇如表1所示。

圖2 工件的裝夾順序

表1 加工刀具選擇對(duì)照表

5 常規(guī)粗加工策略加工

5.1 切削參數(shù)的設(shè)置

選擇Powermill 2016軟件編程，加工過(guò)程先用傳統(tǒng)高速粗加工工藝進(jìn)行加工，加工策略為軟件中的模型3維區(qū)域清除，主要用于粗加工刀路，可以高效的去除復(fù)雜輪廓周身及型腔中的余量。偏置全部生成的刀路，設(shè)置徑向、軸向余量、行距設(shè)置為60%～80%刀具直徑、下切步距設(shè)置Z向每次1mm，公差粗加工0.05～0.1，精加工0.01；“快進(jìn)高度”設(shè)置開(kāi)始安全高度為30、下切高度為10；“高速”設(shè)置刀路拐角尖角處的圓弧過(guò)渡半徑；“切入切出連接”設(shè)置斜向進(jìn)刀方式，最大斜角不要超過(guò)3°，高度大于Z向下切深度0.1～0.5，進(jìn)給率及切削用量設(shè)置如表2所示。

表2 進(jìn)給率及切削用量設(shè)置

5.2 常規(guī)粗加工情況

利用后置處理把編制好的刀路軌跡生成G代碼，輸入到機(jī)床中實(shí)際加工，加工過(guò)程中刀具在圓弧過(guò)度轉(zhuǎn)角的地方明顯出現(xiàn)加減速現(xiàn)象，進(jìn)給F值隨時(shí)從750～2799之間不停變換，某些局部狹窄區(qū)域會(huì)出現(xiàn)機(jī)床抖動(dòng)現(xiàn)象，刀具有效切削刃部分集中在刀尖0.5mm的部位，試切3件以后刀尖部位出現(xiàn)少量磨損現(xiàn)象，但刀具側(cè)刃部位都完好無(wú)損；產(chǎn)生的切屑是短顆粒碎屑狀，總加工時(shí)間為25分42秒。

6 旋風(fēng)銑開(kāi)粗策略加工

6.1 切削參數(shù)的設(shè)置

在與傳統(tǒng)高速開(kāi)粗進(jìn)給率相同條件下進(jìn)行利用Vortex旋風(fēng)銑策略對(duì)該零件開(kāi)粗，刀具選擇方面與傳統(tǒng)高速開(kāi)粗策略相同，選用Φ10的整體硬質(zhì)合金立銑刀開(kāi)粗、Φ6的整體硬質(zhì)合金立銑刀二粗，根據(jù)式（1）、式（2）、式（3）計(jì)算銑削速度及進(jìn)給量。其中：π取3.14、V為切削速度（m/min)、D為刀具直徑（mm)、N為主軸轉(zhuǎn)速（r/min）、F為工作臺(tái)進(jìn)給（mm/min)、f為每齒進(jìn)給量（mm/tooth）、Z為齒數(shù)。

選擇銑削速度Vc=250m/min，每齒進(jìn)給量Fz=0.25mm/z，得出切削參數(shù)如表3所示。

表3 進(jìn)給率及切削用量設(shè)置

6.2 Vortex旋風(fēng)銑參數(shù)設(shè)置

加工策略選擇模型區(qū)域清除策略，樣式里選擇Vortex旋風(fēng)銑；把測(cè)設(shè)出來(lái)的DNA數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Vortex策略里使用，公差設(shè)置為0.1；徑向余量設(shè)置0.15mm、軸向余量設(shè)置0.10mm；避免刀具磨損過(guò)快，輪廓和區(qū)域加工時(shí)都設(shè)置成順銑；行距設(shè)置成1.8mm、每次下切深度設(shè)置為25mm，臺(tái)階切削中的“中間切削層”代表遇到陡峭區(qū)域時(shí)每次分層的切削深度；進(jìn)刀模塊中移動(dòng)類(lèi)型選擇斜向螺旋，避免刀尖在切入工件時(shí)崩刃受損。

6.3 Vortex旋風(fēng)銑開(kāi)粗加工效果

Vortex的理論最大切削深度可以為2～3倍刀具直徑，行距在0.2倍刀具直徑以內(nèi)相對(duì)安全；根據(jù)實(shí)際刀具、機(jī)床情況綜合考慮，開(kāi)粗刀路一次Z向切深度選擇20mm，切寬行距1.8mm，進(jìn)刀螺旋角度2°，高度0.5mm，當(dāng)把后置處理生成的程序G代碼輸入到機(jī)床系統(tǒng)里，刀具設(shè)好零偏值后直接正常啟動(dòng)加工。加工過(guò)程中，刀具首先以S8000的轉(zhuǎn)速、F2000的下切進(jìn)給切入工件時(shí)，切削時(shí)會(huì)發(fā)出尖銳的聲音；隨即將轉(zhuǎn)速倍率降到S7000，切削聲音正常，刀具下切到25mm深度即開(kāi)始正常加工。實(shí)際加工過(guò)程如圖3所示。

圖3 旋風(fēng)銑開(kāi)粗加工過(guò)程

整個(gè)過(guò)程中共用時(shí)10分25秒，切削聲音正常，排出針狀切屑，機(jī)床負(fù)荷表上負(fù)荷值顯示5%，且遇到圓角轉(zhuǎn)彎過(guò)度的地方，機(jī)床沒(méi)有太大的加減速現(xiàn)象，速度F值一直保持在2600～2800之間，機(jī)床無(wú)抖動(dòng)震動(dòng)現(xiàn)象；只有刀具下切到下一個(gè)切削深度時(shí)，螺旋進(jìn)刀過(guò)程中聲音稍大，進(jìn)刀負(fù)荷值顯示12%，其余過(guò)程負(fù)荷值均低于5%。

利用同一刀具在同一機(jī)床上共試切了3件試件，刀尖無(wú)任何磨損，刀具側(cè)刃還是保持原有的鋒利度，只有黑色圖層變成銀白色，變色屬于正常氧化情況。

7 常規(guī)粗加工策略與旋風(fēng)銑開(kāi)粗策略對(duì)比分析

與傳統(tǒng)加工不同，Vortex加工過(guò)程中刀具、工件包角一直處于較小的狀態(tài)，刀具在公轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中處于切削狀態(tài)的時(shí)間較少，徑向的切削深度從零開(kāi)始逐漸增加到最大，然后再逐漸減小到零；切削力也經(jīng)歷著從零增大到再減小的過(guò)程，始終保持最佳接觸角46°。

在相同零件、相同轉(zhuǎn)速、相同進(jìn)給值條件下，經(jīng)過(guò)運(yùn)用普通高速分層開(kāi)粗方法和Vortex旋風(fēng)銑開(kāi)粗方法，旋風(fēng)銑開(kāi)粗優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)：Vortex在加工時(shí)間上比普通高速分層開(kāi)粗加工方法節(jié)省了15分17秒，效率提高40.5%；刀具磨損率大幅降低；工件質(zhì)表面刀紋分布均勻，側(cè)壁狹窄區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)震紋路、留給精加工的余量均勻沒(méi)有過(guò)切現(xiàn)象，加工過(guò)程中機(jī)床始終保持平穩(wěn)切削且未出現(xiàn)明顯加減速、震動(dòng)現(xiàn)象，機(jī)床利用率大大提高。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)光學(xué)件小殼體分別運(yùn)用Vortex旋風(fēng)銑開(kāi)粗、與傳統(tǒng)高速銑削分層開(kāi)粗技術(shù)進(jìn)行實(shí)際加工得出Vortex旋風(fēng)銑大大縮短了加工時(shí)間，提高了加工效率，增強(qiáng)了刀具的使用壽命，用刀具最有效的切削部位進(jìn)行加工，其效果通過(guò)數(shù)據(jù)證明是顯而易見(jiàn)的。

數(shù)控加工中旋風(fēng)銑開(kāi)粗技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣，正充分利用Delcam的MachineDNA和Vortex技術(shù)，不斷總結(jié)完善應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，并將能夠?yàn)槠髽I(yè)生產(chǎn)、數(shù)控加工技術(shù)研究等領(lǐng)域，提供優(yōu)化刀具路徑的先進(jìn)編程，起到充分降低加工成本、提高產(chǎn)品加工質(zhì)量的作用。

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