基于PowerMill的大賽典型零件數(shù)控仿真加工

彭 婧，李勝利

（廊坊燕京職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 河北 廊坊 065200）

1 引言

目前，全國大力發(fā)展高職教育，教育部鼓勵(lì)舉辦職業(yè)技能大賽，以此來檢驗(yàn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的辦學(xué)成績。競賽的內(nèi)容包括理論知識(shí)和操作技能兩部分，理論知識(shí)包含了國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里的理論及相關(guān)知識(shí)，以選手的綜合職業(yè)能力為核心，注重零件的精度、加工細(xì)節(jié)和工藝過程的考核[1]。

本文選用PowerMill軟件進(jìn)行零件的仿真加工，因?yàn)槠湓诰幊谭矫嬗旋嫶蟮闹噶钕到y(tǒng)，可以具體編輯在實(shí)際加工中的大部分參數(shù)，也可以自由編輯刀具路徑，并備有自動(dòng)檢查碰撞、過切等防范措施。在仿真加工方面可以依據(jù)實(shí)際機(jī)床的刀軸具體大小設(shè)置，可以直觀看出運(yùn)行軌跡，幾乎可以減少因編程而導(dǎo)致機(jī)床碰撞、工件過切等問題。

2 典型零件工藝分析

如圖1所示，該零件為加工中心零件，主要是正反輪廓綜合加工。包括島嶼、盲孔、通孔、壁槽等特征，凸臺(tái)的輪廓由直線和圓弧構(gòu)成，屬于綜合型加工的零件。

圖1 零件圖

圖中有大部分尺寸精度為中等以上公差等級(jí)要求，并且需要保證零件的總高度要求。無形位公差要求，表面粗糙度值均為Ra1.6 μm，確保裝夾和定位精度基本就能保證尺寸精度。圖紙尺寸標(biāo)注完整，組成輪廓的各幾何元素關(guān)系清楚，條件充分。所需要基點(diǎn)坐標(biāo)大部分已給出，另外兩點(diǎn)也容易求得。零件材料為45號(hào)鋼，無熱處理和硬度要求，加工后需去除毛刺。

2.1 加工方法及順序

夾持毛坯，伸出高度約為30 mm。型腔采用銑削加工，對(duì)其表面粗糙度值要求為Ra1.6 μm,故采用粗銑—精銑方案[2]；對(duì)于Ф12、2個(gè)Ф10通孔，由于其表面粗糙度要求不高，同時(shí)為節(jié)約加工周期，故采用直接鉆削的加工方案；Ф32的孔，精度較高，直徑較大，采用先鉆孔后鉸孔的加工方案，以便保證加工精度,Φ20通孔使用鉆削加工即可。工件翻面，伸出高度34.5。采用由大及小的加工順序加工外輪廓及型腔，同樣采用一粗一精方法加工，以便達(dá)到表面粗糙度及尺寸精度。對(duì)于4×M6的螺紋孔，選用機(jī)床鉆削底孔、螺紋導(dǎo)向，手工攻絲。

2.2 裝夾方案

由于零件結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，選用國產(chǎn)BV75型立式加工中心。工件毛坯預(yù)先在銑床上加工好2個(gè)底面和4個(gè)側(cè)面。然后，選擇其中一個(gè)底面和一對(duì)平行側(cè)面作為定位基準(zhǔn)，兩側(cè)面也做為裝夾面。把毛坯在機(jī)械用平口虎鉗上夾緊，再把平口虎鉗固定在機(jī)床工作臺(tái)上。然后，通過找正，安裝后的工件側(cè)面直邊應(yīng)與機(jī)床Z軸平行，最大偏移量不超過0.02 mm。同時(shí)，毛坯頂面也應(yīng)與工作臺(tái)面保持平行，誤差也不得超過0.02 mm。最后，通過對(duì)刀將加工坐標(biāo)系零點(diǎn)建立在工件的上表面中心位置上。調(diào)頭后，夾持外八方體的一對(duì)邊表面，銑削底平面，保證總高度。兩次均可使用機(jī)用平口虎鉗裝夾，方便快捷。

2.3 刀具及切削用量

本次加工所用的刀具主要有：平底立銑刀、鍵槽銑刀、鉆頭、絲錐、倒角刀等。按照加工要求，選取粗加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速n=500～600 r/min，Vf=80～100 mm/min，ap=5～10 mm；精加工時(shí)，選取主軸轉(zhuǎn)速n=900～1200 r/min，Vf=50～80 mm/min，ap=0.2～0.5 mm。主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度的改變可通過操作面板上的“倍率”按鈕來調(diào)整[3]。

3 仿真加工過程

3.1 數(shù)控加工工序卡片

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按所用的刀具來劃分工序，即在一次裝夾中，用同一把刀具加工出可能加工的所有的部位，然后再換另一把刀具加工其它的部位。這樣即可以減少換刀時(shí)間，又可以壓縮空程時(shí)間，減少不必要的定位誤差[4]。在某一工序里的工步，按照首先粗加工，然后再精加工的原則來劃分，其中部分?jǐn)?shù)控加工工序卡片如表1所示。

表1 部分加工的工序卡片

3.2 仿真加工成型及刀路圖

由于外輪廓精加工面積較大，所以選用Ф20立銑刀并提高轉(zhuǎn)速，放慢走刀，加大背吃刀量，以便達(dá)到加工要求。島嶼精加工選用Ф6立銑刀，可以加工較小的島嶼根部。盲孔和通孔由于要求低，直接分別選用Ф12、Ф20、Ф32進(jìn)行鉆削底孔、擴(kuò)孔、成型三步，完成正面島嶼精加工刀路如圖2所示。背面島嶼多，使用刀具也較多，所以在加工過程中盡量選用相同刀具，在保證效率的同時(shí)，減少換刀和對(duì)刀的時(shí)間。

圖2 正面島嶼精加工刀路圖

4 結(jié)語

本文主要針對(duì)大賽的參考零件圖進(jìn)行軟件模擬加工，根據(jù)給定圖樣進(jìn)行了工藝的分析、確定出具體的加工方案、加工參數(shù)和使用的刀具，在PowerMill軟件中完成了零件仿真模擬加工。在數(shù)控機(jī)床設(shè)備上實(shí)際加工此種零件，要選擇正確加工中心，采用合理有效夾具和裝夾的方法，制定出符合加工工藝的路線，才能完成標(biāo)準(zhǔn)的零件。