大力神杯的五軸加工中心編程與加工

易吉祥，劉夢怡，李全城

(廈門理工學(xué)院，福建 廈門 361000）

大力神杯的實物模型如圖1所示，具體加工制作的模型如圖2模型圖所示。大力神杯底部刻有“廈門理工學(xué)院”字體，其外觀具有復(fù)雜的空間曲面造型，且各曲面間過渡光潔平滑、圖案清晰可見，所以選用五軸聯(lián)動加工中心進(jìn)行加工。在進(jìn)行實際的加工前，先利用PowerMill 軟件完成零件的編程，然后設(shè)計工裝夾具解決零件的裝夾問題，最后利用德瑪吉DMU40 mono BLOCK 五軸聯(lián)動加工中心完成零件的加工。加工所用的毛坯為φ85mm×145mm圓棒料，材料為鋁合金（6061）。

圖1 實物圖

圖2 模型圖

圖3 夾具圖

1 難點分析

（1）模型的造型：因為大力神杯的外觀形狀復(fù)雜，建模比較困難，因此采用逆向工程技術(shù)對原來模型實體的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，然后在Delcam PowerShape軟件中重建模型，最后根據(jù)實際要求進(jìn)行修整，得到如圖2所示的模型。

（2）工件的夾持：大力神杯模型是圓柱狀零件，外觀形狀復(fù)雜，很難將工件直接固定在工作臺上。為解決這一問題，設(shè)計了如圖3所示的夾具，該夾具采用兩側(cè)面一端面的定位方案。

（3）零件的加工：由于大力神杯模型外觀較復(fù)雜，因此選用PowerMill 軟件對它進(jìn)行自動編程，這就要解決加工程序的編制與后處理問題。同時，在加工過程中刀具主軸要擺動一定角度，因此要避免刀具和工件發(fā)生干涉和過切。再者，由于零件有較多細(xì)小加工部位，需用R1.5的球刀加工，因球刀直徑較小，必須選擇合理的加工參數(shù)。最后進(jìn)行精加工時，要選定螺旋式、圓形、線性等精加工表面的走刀方式。

2 大力神杯編程及其加工參數(shù)的設(shè)定

2.1 零件的粗加工

零件為軸類材料，粗加工只需在兩側(cè)面各開粗一半，在XZ平面內(nèi)創(chuàng)建坐標(biāo)系1。選用模型區(qū)域清除，注意刀具到工作臺的避讓，避免干涉，具體加工參數(shù)如下。

（1）刀具：?16mm四刃立銑刀，刀長55mm。

（2）加工參數(shù)：轉(zhuǎn)速S3500r/min；進(jìn)給2500mm/min；每刀切削深度0.5mm。

（3）加工策略：模型區(qū)域清除。

（4）粗加工總深度：42.5mm；加工余量：0.25mm。

（5）刀具逼近工件避讓：安全平面上50mm。

采用“3+2”定軸開粗，選用“模型區(qū)域清除”策略，分別對毛坯的正反兩面進(jìn)行粗加工，分兩次去除材料。因此，在設(shè)置刀軌過程中需新建1個加工坐標(biāo)系，該坐標(biāo)繞X旋轉(zhuǎn)180°生成粗加工刀軌。反面則采用鏡像刀具路徑完成粗加工，這樣粗加工就完成了。此時發(fā)現(xiàn)大力神杯的曲面區(qū)域余量較大，由于開粗時選擇的刀具較大，局部窄槽位置留下較大余量，造成輪廓余量不均勻，所以需換一把?6mm立銑刀進(jìn)行二次開粗。

對曲面部分進(jìn)行二次開粗，選用模型殘留區(qū)域清除。選用?5mm立銑刀，刀長25mm，加長桿?16mm，長度30mm，每刀切削深度0.5mm，使用殘留模型，二次開粗完成。全選以上粗加工刀具路徑仿真加工，其半邊開粗和兩邊開粗的仿真效果分別如圖4和圖5所示。

2.2 零件的半精加工

零件半精加工，需激活坐標(biāo)系3，選用旋轉(zhuǎn)四軸精加工，注意刀具到工作臺的避讓，具體參數(shù)如下。

（1）刀具：R3球刀，刃長40mm。

（2）加工參數(shù)：轉(zhuǎn)速S6500r/min；進(jìn)給2000mm/min。

（3）加工策略：旋轉(zhuǎn)四軸精加工，刀軸自動。

（4）步距：0.2mm，加工余量：0.1mm。

（5）刀具逼近工件避讓：安全平面上50mm。（半精加工完成后的仿真圖如圖6所示）。

圖4 半邊開粗仿真圖

圖5 兩邊開粗后仿真圖

圖6 半精加工仿真圖

圖7 精加工仿真圖

圖8 刻字仿真圖

圖9 實物

2.3 零件的精加工

零件精加工需激活坐標(biāo)系POST，選用直線投影精加工，注意刀具到工作臺的避讓，具體參數(shù)如下。

（1）刀具：R1球刀，刃長10mm，加長桿?16mm，長度30mm。

（2）加工參數(shù)：轉(zhuǎn)速S12000r/min，進(jìn)給2500mm/min。

（3）加工策略：直線投影精加工，刀軸前傾/側(cè)傾。

（4）步距：0.1mm，加工余量：0。

（5）刀具逼近工件避讓：安全平面上50mm（精加工完成后的仿真圖如圖7所示）。

2.4 刻字

底座曲面上刻字加工，刻字內(nèi)容為“廈門理工學(xué)院”，字體單線體，激活坐標(biāo)系3，選用參考線加工，注意刀具到工作臺的避讓，具體參數(shù)如下。

（1）刀具：R1鋁用球刀，二刃，刀長30mm。

（2）加工參數(shù)：轉(zhuǎn)速S15000r/min，進(jìn)給：1000mm/min。

（3）加工策略：參考線加工，刀軸自動。

（4）刀具逼近工件避讓：安全平面上50mm。

全選以上全部加工刀具路徑仿真加工。其仿真加工圖和實物圖分別如圖8、9所示。

3 結(jié)語

按上述的工藝參數(shù)，經(jīng)過Delcam PowerShape 軟件造型、PowerMill 軟件仿真編程、利用自行設(shè)計的夾具在五軸加工中心上完成了大力神杯的加工。如圖9所示為加工好的大力神杯模型實物圖。加工完的大力神杯，其尺寸精度和表面曲面造型等都取得了較好的效果，促進(jìn)了相關(guān)模型的生產(chǎn)加工制作。