賴 輝 袁智權(quán) 黎家寶
(茂名職業(yè)技術(shù)學(xué)院,茂名 525000)
切削加工用到的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的核心硬件,是制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)和前提,而切削加工過(guò)程的策略設(shè)計(jì)、工藝流程及工藝參數(shù)設(shè)計(jì)等則可認(rèn)為是加工的軟件支持。只有硬件和軟件結(jié)合,才能高效地制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
圖1為一種吊鉤的凹模模型,凹模材質(zhì)為P20鋼,硬度約48HRC。在NX軟件中安裝外掛“浩強(qiáng)工具”,通過(guò)浩強(qiáng)工具的尺寸盒子,可查出整個(gè)模型的最小包圍尺寸,即該模型的坯料尺寸。在這個(gè)模型中,坯料為150mm× 150 mm×25mm。再通過(guò)“分析”中的“局部半徑”,用鼠標(biāo)點(diǎn)擊加工曲面的不同位置,可得到各位置的曲率半徑值,為選擇切削刀具直徑提供參考。
圖1 加工模型
在加工刀路設(shè)計(jì)前,編程人員要將原模型進(jìn)行備份。在NX中可利用“層”的關(guān)系進(jìn)行備份,如將原模型復(fù)制到一個(gè)新圖層,然后在圖層設(shè)置中將復(fù)制的圖層設(shè)置為工作層,關(guān)閉原模型所在圖層。備份之后,無(wú)論工作層的模型如何變化,原模型始終保留最初的幾何數(shù)據(jù),在多部門協(xié)同作業(yè)的環(huán)境下具有現(xiàn)實(shí)意義。模型備份好后即可進(jìn)入NX的加工環(huán)境,即工序?qū)Ш狡鱗1]。
在工序?qū)Ш狡鞯膸缀我晥D中,首先,在工件上表面中心處創(chuàng)建一個(gè)工作坐標(biāo)系WCS,通過(guò)WCS動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),使WCS的方向與設(shè)想的加工方向相同;其次,設(shè)置加工坐標(biāo)系MCS,使MCS參考剛建立的WCS;最后,創(chuàng)建安全平面,即加工開(kāi)始時(shí)的下刀平面和加工完成后的提刀平面,為安全起見(jiàn),設(shè)置安全平面距離坯料表面30mm。
在MCS下通過(guò)插入幾何體,進(jìn)入創(chuàng)建幾何體對(duì)話框,選WORKPIECE確定后進(jìn)入工件對(duì)話框,在指定部件處點(diǎn)工件作為加工部件幾何體,在指定毛坯處點(diǎn)擊進(jìn)入毛坯幾何體對(duì)話框,在類型處選包容塊。確定后得到加工工件WORKPIECE。
切換到機(jī)床視圖,在GENERIC_MACHINE處插入刀具,在刀具子類型中選擇MILL,在名稱處寫(xiě)入:D10R2,確定后進(jìn)入銑刀參數(shù)對(duì)話框,填入刀具主要參數(shù):直徑10mm、下半徑2mm,確定后即建立了第一把刀。用同樣的方法創(chuàng)建第二把刀D6R1。第三四把刀分別為直徑6mm和2mm的球刀,創(chuàng)建方法與前兩把刀一樣,只是在刀具子類型中選擇BALL_MILL,分別命名為R3和R1。
切換到加工方法視圖,通過(guò)插入工序,進(jìn)入創(chuàng)建工序?qū)υ捒?。工序的命名也要有意義,例如根據(jù)所用刀具來(lái)命名——D10R2-ROUGH,表示用D10R2的刀進(jìn)行開(kāi)粗加工。刀具后加SEMI-FINISH表示半精加工,加FINISH則表示精加工。
開(kāi)粗加工:開(kāi)粗加工采用型腔銑,切削模式為跟隨部件,步距為刀具平面直徑的60%,每刀切削深度恒定,最大距離為1mm。切削深度要根據(jù)材料的硬度來(lái)定,材料硬度越大則此值越小。
切削參數(shù)的設(shè)置:在策略選項(xiàng)卡中,一般情況下切削方向選順銑,切削順序選深度優(yōu)先(可提高加工效率)。在余量設(shè)置中,由于是開(kāi)粗,切削余量要足夠,設(shè)置為0.5mm。開(kāi)粗加工的公差也留大些,取0.03mm。在連接選項(xiàng)卡中,在開(kāi)放刀路處選變換切削方向(刀具可來(lái)回切削,提高加工效率)。
非切削移動(dòng)的設(shè)置:進(jìn)刀類型為與開(kāi)放區(qū)域相同,長(zhǎng)度為60%(即刀具中心離工件邊緣為60%的刀具直徑,確保有10%直徑即1mm的安全距離,防止刀具碰撞工件),在轉(zhuǎn)移/快速選項(xiàng)卡中,轉(zhuǎn)移類型選前一平面,將安全距離設(shè)置為1mm(縮短提刀高度,減少非切削加工的移動(dòng)時(shí)間)。
主要的參數(shù)設(shè)置完成后,其余參數(shù)使用默認(rèn)即可。點(diǎn)擊操作選項(xiàng)下的“生成”按鈕,即可生成開(kāi)粗刀具路徑。
半精加工:開(kāi)粗完成后進(jìn)行半精加工,刀路設(shè)計(jì)過(guò)程與開(kāi)粗類似??蓪㈤_(kāi)粗加工的刀具路徑及參數(shù)設(shè)置復(fù)制后粘貼,再修改參數(shù)即可成為半精加工的刀具路徑。此法可減少重復(fù)設(shè)計(jì)的工作量。在刀軌設(shè)置中將最大距離設(shè)為0.5mm,在切削參數(shù)里中修改余量為0.2mm,在空間范圍選項(xiàng)卡處理中的工件處選使用基于層,這是因?yàn)榘刖庸ぶ恍枰谐_(kāi)粗后留下余量和刀具切不到的地方。為了減少刀具的轉(zhuǎn)移,可在切削模式處將跟隨部件改為跟隨周邊,再將刀路方向設(shè)置為由外向內(nèi)[2]。
精加工:在半精加工后再插入一個(gè)固定輪廓銑的精加工工序,刀具選擇R3球刀,加工幾何體不再是WORKPIECE而是WCS,驅(qū)動(dòng)方法選曲面,然后依次選擇需要精加工的曲面。通過(guò)點(diǎn)選箭頭選擇切削方向,使切削方向?yàn)閺耐庀騼?nèi),再點(diǎn)選材料反向,使材料方向箭頭指向刀具。切削模式為往復(fù),步距則用殘余高度來(lái)控制,最大殘余高度設(shè)置為0.005mm,切削步長(zhǎng)用公差來(lái)控制,內(nèi)外公差均設(shè)置為0.01mm。切削參數(shù)的設(shè)置:余量為0mm,公差為0.01mm。
非切削移動(dòng)的設(shè)置:進(jìn)刀類型為圓弧-平行于刀軸,半徑為3mm。參數(shù)設(shè)置好后點(diǎn)生成即可生成切削刀路。
加工刀具路徑設(shè)計(jì)完成后,還需要對(duì)每個(gè)工序的刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等工藝參數(shù)設(shè)定一個(gè)合理值,或憑工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)定經(jīng)驗(yàn)值。不同的坯料材質(zhì)、不同的刀具、不同的機(jī)床及冷卻情況等都對(duì)該參數(shù)有影響。具體操作方法為:在每道工序處點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵對(duì)象進(jìn)給率,進(jìn)入進(jìn)給率和速度對(duì)話框,即可對(duì)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率進(jìn)行設(shè)定。
至此,切削路徑及工藝參數(shù)設(shè)計(jì)已基本完成,通過(guò)模擬可看出大致的加工效果。對(duì)刀路進(jìn)行后處理后即可得到相應(yīng)的加工程序。坯料在機(jī)床上的真實(shí)加工效果也令人滿意。
首先,在開(kāi)粗刀路設(shè)計(jì)時(shí),放大刀具軌跡可以看出,刀具是圓弧切入切出工件的開(kāi)放區(qū)域,在機(jī)床穩(wěn)定性不是很好的情況下,圓弧切入切出的方式可能會(huì)對(duì)尖角造成過(guò)切。為了避免尖角過(guò)切,可考慮直入直出的方式。具體方法是在加工幾何體處找到指定修剪邊界,通過(guò)選擇或編輯修剪邊界對(duì)話框,選取底面四條邊界來(lái)修剪掉邊界外部的路徑,重新生成即可得到直線切入切出的刀具路徑。
其次,在生成第三道工序(R3-FINISH)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn),刀具每次從開(kāi)口處進(jìn)出及刀具轉(zhuǎn)移都剛好在開(kāi)口的邊緣處。這樣的進(jìn)退刀及轉(zhuǎn)移位置對(duì)工件的邊緣會(huì)有影響,刀路設(shè)計(jì)時(shí)要避免這種情況,盡量使進(jìn)退刀及刀路轉(zhuǎn)移位置偏離邊緣一定距離。方法1:在切削參數(shù)策略鉤選在邊上延伸,設(shè)置延伸距離為1mm,確定后重新生成刀路,如果刀路移出邊緣了就大功告成,如果沒(méi)有變化說(shuō)明未符合移出條件,要另想辦法。方法2:利用圖層功能復(fù)制出的新圖層,原圖層關(guān)閉,在新圖層上修改模型,避免原模型變化。重新返回建模模塊,將模型左面(進(jìn)退刀那個(gè)面)向外延伸1mm,再編制刀路,此時(shí)刀路也會(huì)往外延伸1mm,但實(shí)際上坯料左面并非增加了1mm。這樣,通過(guò)運(yùn)用“欺騙”軟件的技巧,重新建模重構(gòu)刀路,達(dá)到刀路偏移的目的。
在用經(jīng)優(yōu)化的刀路進(jìn)行實(shí)體切削、手工打磨(省模)和初步拋光后,得到的實(shí)物零件尺寸精度、表面質(zhì)量等均達(dá)到較高水平,如圖2所示。
圖2 初步拋光后的效果
通過(guò)本文的編程與加工實(shí)例,說(shuō)明NX軟件的編程過(guò)程和一些技巧。NX軟件將建模和數(shù)控加工技術(shù)結(jié)合起來(lái),避免了在不同的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工帶來(lái)的格式轉(zhuǎn)換問(wèn)題,對(duì)模型的更改也可以快速地在加工模塊中更新,提高了編程效率和加工質(zhì)量。