知了筆筒的五軸數(shù)控加工

劉俊英，呂輝，梁豐

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 河源517000）

0 引 言

近幾年各高職院校都在進行教學(xué)改革，課程的教學(xué)也由傳統(tǒng)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)轫椖渴浇虒W(xué)。知了筆筒五軸數(shù)控加工項目來自企業(yè)真實實例，本文將UG 軟件的應(yīng)用與五軸加工實例項目相結(jié)合，對實際的產(chǎn)品進行探究和解析，運用UG 軟件進行實際項目工藝的編排與刀路的編程，提高軟件的應(yīng)用性和創(chuàng)新性，希望能為高職院校項目教學(xué)及工藝品生產(chǎn)企業(yè)提供相應(yīng)借鑒。

1 結(jié)構(gòu)分析及加工工藝制定

知了筆筒結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要包括筆筒槽內(nèi)壁、頂端平面、外形圖案、底部平面等結(jié)構(gòu)，表面光潔度較高。環(huán)繞筆筒一圈的外形圖案和其兩端特征需要進行加工，因此，采用五軸機床進行加工，只需2 次裝夾即可完成加工任務(wù)。

根據(jù)知了筆筒的尺寸和結(jié)構(gòu)特點，確定其加工工藝如下：1）下料。毛坯大小為φ90×120 的棒料，材料為鋁合金。2）五軸數(shù)控銑第一工位，采用四爪卡盤反爪的外爪裝夾，工序為：筆筒內(nèi)壁粗加工-頂部平面粗加工、精加工→筆筒內(nèi)壁與底部精加工→筆筒外形對半粗加工→筆筒外形半精加工→筆筒外形精加工，厚度、外形和內(nèi)槽加工到位。3）五軸數(shù)控銑第二工位，采用四爪卡盤正爪的內(nèi)爪裝夾，工序為：背面粗加工→背面精加工，厚度到位。

圖1 知了筆筒的結(jié)構(gòu)

2 加工工藝參數(shù)制定

由于知了筆筒的材料為鋁合金，根據(jù)知了筆筒的結(jié)構(gòu)特點，確定各個工位使用的刀具、加工策略及切削參數(shù)如表1、表2 所示[1-2]。

表1 第一工位刀具、加工策略及切削參數(shù)表

表2 第二工位刀具、加工策略及切削參數(shù)表

3 數(shù)控程序編制與后處理

3.1 編程前準(zhǔn)備

在標(biāo)準(zhǔn)工具條上選擇【開始】|【加工】，系統(tǒng)彈出【加工環(huán)境】對話框，在對話框中選擇【mill_multi-axis】多軸銑削模板，然后單擊【確定】按鈕，進入加工環(huán)境。

1）創(chuàng)建第一工位坐標(biāo)系。在幾何視圖里，創(chuàng)建加工坐標(biāo)系MCS-1，設(shè)置安全高度。加工坐標(biāo)系為建模絕對坐標(biāo)系，安全高度設(shè)置為頂面高“30”，其余參數(shù)設(shè)置如圖2所示。

2）定義毛坯幾何體。在毛坯幾何體WORKPIECE-1的【指定部件】選擇知了筆筒，【指定毛坯】選擇毛坯零件，如圖3 所示。

圖2 加工坐標(biāo)系設(shè)置

圖3 定義毛坯幾何體

3）創(chuàng)建第二工位坐標(biāo)系。在幾何視圖里，創(chuàng)建加工坐標(biāo)系MCS-2，設(shè)置安全高度。加工坐標(biāo)系為建模絕對坐標(biāo)系，安全高度設(shè)置為頂面高“30”，其余參數(shù)設(shè)置如圖4 所示。

圖4 設(shè)置加工坐標(biāo)系

4）定義毛坯幾何體。毛坯幾何體WORKPIECE-2 的定義方法與第一工位相同。

5）創(chuàng)建刀具。在機床視圖里,點擊【工具條】|【刀片】創(chuàng)建如圖5 所示的刀具。

圖5 創(chuàng)建刀具

6）創(chuàng)建程序組。在程序順序視圖里，點擊創(chuàng)建程序按鈕創(chuàng)建程序組，通過復(fù)制現(xiàn)有的程序組然后修改名稱的方法來創(chuàng)建，結(jié)果如圖6 所示。

3.2 數(shù)控程序編制

3.2.1 知了筆筒第一工位程序編制

知了筆筒第一工位的具體加工步驟如下[3-4]：

1）利用D16R0.8 刀具，采用“型腔銑”，進行筆筒內(nèi)壁粗加工，內(nèi)壁和底面各留0.2 mm 余量，生成的刀路如圖7所示。

2）不用換刀，采用“平面銑”進行頂面粗加工，粗加工留0.2 mm 余量，生成的刀路如圖8 所示。

圖6 創(chuàng)建程序組

3）不用換刀，采用“平面銑”進行頂面精加工，生成的刀路如圖9 所示。

4）不用換刀，采用“平面銑”進行筆筒內(nèi)壁精加工，完成內(nèi)壁加工，生成的刀路如圖10 所示。

5）更換D10刀具，采用“型腔銑”進行外形對半粗加工，側(cè)面和底面各留0.2 mm 余量，生成的刀路如圖11所示。

6）更換D8R4刀具，采用“可變輪廓銑”進行筆筒外形半精加工，側(cè)面和底面各留0.1 mm 余量，生成的刀路如圖12 所示。

7）更換D3R1.5 刀具，采用“可變輪廓銑”進行筆筒外形精加工，生成的刀路如圖13 所示。

圖7 內(nèi)壁粗加工刀路

圖8 頂面粗加工刀路

圖9 頂面精加工刀路

圖10 筆筒內(nèi)壁加工刀路

圖11 對半開粗外形刀路

圖12 知了外形半精加工刀路

圖13 知了外形精加工刀路

3.2.2 知了筆筒第二工位程序編制

由于知了筆筒內(nèi)壁為圓柱形狀，外形相對均勻，第一工位加工完成后，第二工位用四爪卡盤的外爪裝夾，第二工位的具體加工步驟如下：1）利用D10 刀具，采用“平面銑”進行底面粗加工，留0.2 mm 余量進行后續(xù)精加工，生成的刀路如圖14 所 示；2）不用更換刀具，采用“平面銑”進行底面精加工，完成第二工位的加工，生成的刀路如圖15所示。

3.3 后處理

知了筆筒加工選用的五軸數(shù)控聯(lián)動加工中心為XYZBC 雙轉(zhuǎn)臺型機床（數(shù)控系統(tǒng)為錸鈉克），加工坐標(biāo)系零點位于A 軸和C 軸旋轉(zhuǎn)軸交線處，在進行后處理時選取后處理器“工業(yè)機錸鈉克系統(tǒng)BC”，分別對第一和第二工位進行后處理即可[5]。

4 仿真檢查

為了保證加工的安全，編程后，利用VERICUTV8.1.1軟件對知了筆筒第一、第二工位各程序進行仿真檢查。具體方法是：檢查毛坯參數(shù)-添加數(shù)控程序-檢查對刀參數(shù)→添加刀具→激活工位→播放仿真→存儲加工結(jié)果[6]。經(jīng)過仿真軟件仿真后，知了筆筒第一和第二工位各個程序編制合理，各進給參數(shù)設(shè)置切實可行，可以進行實際加工。

圖14 粗銑底面刀路圖

圖15 精加工底面刀路圖

5 結(jié) 語

根據(jù)知了筆筒結(jié)構(gòu)特點對其進行了數(shù)控編程、后處理及仿真檢查，實踐結(jié)果表明，加工刀具和切削參數(shù)選擇合理，符合加工質(zhì)量要求。