陳洪土,吳秀杰,李俊璋,李俊鋒,黃銳樹(shù)
(1.廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東廣州510510;2.廣東俊德政海機(jī)械科技有限公司,廣東佛山528244)
圖1所示為機(jī)座零件的模具型腔,圖2所示為產(chǎn)品圖,圖3所示為加工三視圖,型具型腔材料為H718,其表面粗糙度值為Ra0.8μm。
圖1 模具型腔圖
圖2 產(chǎn)品圖
圖3 加工三視圖
(1)毛坯為200×150×69mm,零件實(shí)際加工最深位置約為40mm。
(2)加工鋼材材料為國(guó)產(chǎn)H718鋼。
(3)加工工件的主要內(nèi)表面粗糙度值為Ra0.8μm,其它則按三視圖標(biāo)注所示。
(4)未注公差參考±0.03mm。
(5)鑒于加工特點(diǎn),需拆裝兩個(gè)加工電極,如圖4所示,才能達(dá)到加工效果。
圖4 電極圖
(1)該零件以底面為定位基準(zhǔn),選用平口鉗夾緊定位,用百分表找正。
(2)工件上表面的中心為工件原點(diǎn),以此為工件坐標(biāo)系編程。
(1)材料為H718模具鋼材,該鋼經(jīng)預(yù)硬化處理,材質(zhì)均勻,潔凈度高,具有極佳的拋光性能及光刻花性,半精加工及精加工工序的安排至關(guān)重要,以符合本產(chǎn)品工藝要求。
(2)外觀要求較高。本零件上下模一樣,表面光潔度要求高,分型面為配合面,加工符合圖紙所示的垂直度要求。同時(shí),在精加工工序最后清角的時(shí)候要合理安排,以防過(guò)切。
(3)該工件表面粗糙度值要求達(dá)到Ra0.8μm,且腔體較深,要高屋建瓴,通盤(pán)考慮,使整個(gè)加工過(guò)程換刀次數(shù)少,加工效率高。
(4)在初次開(kāi)粗后,會(huì)留下較大面積的、不平均的余量。利用NX加工技術(shù),通過(guò)巧妙地選用CAVITY_MILL進(jìn)行二次開(kāi)粗,同時(shí),對(duì)于平坦面加工、直壁面加工時(shí),要分別采用不同的方法來(lái)實(shí)施。
(5)本型腔骨位較多,要得到較高的加工效率時(shí),注意兼顧較高的加工質(zhì)量。
(6)型腔面曲面多,低部有比較多的R角,加工時(shí)間長(zhǎng);且相對(duì)曲率變化較大,刀具與工件的接觸點(diǎn)主要集中于刀尖部位,刀具磨損比較嚴(yán)重。
根據(jù)上述分析,加工過(guò)程中應(yīng)該選擇合理的刀具、加工方式、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率,加工余量,防止過(guò)切。對(duì)于數(shù)控銑床加工不到位的部分,需要另外在電火花機(jī)上清角加工。同時(shí)也要考慮零件在產(chǎn)品中的位置、裝配關(guān)系及其作用,弄清各項(xiàng)技術(shù)要求對(duì)裝配質(zhì)量和使用性能的影響,找出主要的和關(guān)鍵的技術(shù)要求。本文以NX軟件技術(shù)為工具,展開(kāi)零件加工過(guò)程。
在數(shù)控加工中,刀具的選擇直接關(guān)系到加工精度的高低,加工表面質(zhì)量的優(yōu)劣和加工效率的高低,選擇合適的刀具并設(shè)置合理的切削參數(shù),將可以使數(shù)控加工以最低的成本和最短的時(shí)間達(dá)到最佳的加工質(zhì)量。刀具選擇的總原則是:刀具的選擇應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工性能、被加工零件的材料、幾何形狀、表面質(zhì)量要求、熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量等,選擇剛性好、耐用度高的刀具。在對(duì)模型腔編制數(shù)控加工程序之前,應(yīng)創(chuàng)建本文加工所用到的刀具庫(kù),首先在NX的創(chuàng)建刀具的對(duì)話框里選擇刀具的類(lèi)型,并設(shè)置刀具的幾何參數(shù)、材料、刀具號(hào)等,形成刀具庫(kù),以備調(diào)用。所建立的刀具號(hào)大小有:D20R4、D10、D6、D8R4、D4、D8、D9R4.5、D6R3、D3R1.5等。
(1)用CAVITY_MILL開(kāi)粗。
采用D20R4的圓鼻刀對(duì)模具型腔進(jìn)行粗加工,余量0.5mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.3mm,選擇跟隨部件的走刀方式,去除大部分的工件材料,刀路如圖5所示。
圖5 CAVITY_MILL開(kāi)粗
(2)用CAVITY_MILL二次整體開(kāi)粗。
采用D10平底刀對(duì)模型腔進(jìn)一步開(kāi)粗加工,余量0.3mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.2mm,選擇跟隨部件的走刀方式,對(duì)殘留的材料進(jìn)一步清理,刀路如圖6所示。
圖6 CAVITY_MILL二次開(kāi)粗
(3)用ZLEVEL_PROFILE二次局部開(kāi)粗模腔側(cè)底直壁面。
采用D10平底刀對(duì)模型腔進(jìn)一步開(kāi)粗加工,余量0.3mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.15mm,其他選項(xiàng)包括:切銷(xiāo)方式深度優(yōu)先,合并距離為3mm,最小切銷(xiāo)長(zhǎng)度為1mm,選擇混合走刀,在邊上廷伸4mm等,對(duì)殘留的材料直壁進(jìn)行清理,刀路如圖7所示。
圖7 ZLEVEL_PROFILE二次開(kāi)粗
(4)用CORNER_ROUGH 3次局部開(kāi)粗深腔底壁面。
經(jīng)過(guò)D20R4的圓鼻刀和D10平底刀對(duì)模具型腔進(jìn)一步移除材料之后,在腔體深底處,仍然有較多的殘余材料。本工序旨在進(jìn)一步利用CORNER_ROUGH輪廓粗加工方式,采用D6的平底刀,進(jìn)行殘料移除。相關(guān)參數(shù)設(shè)定如下:切銷(xiāo)方式采用跟隨部件,側(cè)壁余量0.2mm,底面余量0.1mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.15mm,重疊距離為1mm等,對(duì)殘留的深腔底壁面進(jìn)行加工,刀路如圖8所示。
圖8 CORNER_ROUGH深腔底壁面加工
(5)利用ZLEVEL_PROFILE進(jìn)行整體半精加工。
用D8R4球刀對(duì)模型腔進(jìn)行半精加工,余量0.05mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.2mm,其他選項(xiàng)包括:切銷(xiāo)方式為順銑并深度優(yōu)先,合并距離為3mm,最小切銷(xiāo)長(zhǎng)度為1mm,在邊上廷伸0.5mm等,刀路如圖9所示。
圖9 半精加工
(6)選用D8R4球刀分塊進(jìn)行精加工。
分別利用ZLEVEL_PROFILE方式加工直壁面及CONTOUR_AREA方式加工半圓球面(見(jiàn)圖10)。ZLEVEL_PROFILE方式相關(guān)參數(shù)設(shè)定參考圖9半精加工,但余量為零;CONTOUR_AREA方式,實(shí)為固定軸加工方式,主要加工較為平坦的、有規(guī)則的曲面。
圖10 D8R4刀精加工
(7)選用D8R4球刀,用CONTOUR_AREA固定軸分3個(gè)程序加工以下3大塊平坦底面,相關(guān)參數(shù)設(shè)定如圖11所示。
圖11 固定軸加工平坦底面
(8)選用等高加工方法,D8R4球刀,分3個(gè)程序,加工以下3大塊平直壁面,余量為0,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.15mm,其它選項(xiàng)包括:切銷(xiāo)方式為順銑并深度優(yōu)先,合并距離為3mm,最小切銷(xiāo)長(zhǎng)度為1mm,在邊上延伸0.5mm等,刀路如圖12所示。
圖12 等高加工方法直壁面
(9)等高加工方式,對(duì)局部直面進(jìn)行精加工,如圖13所示。
圖13 局部直面等高精加工
無(wú)論是哪種CAM軟件,其主要用途都是生成在機(jī)床上加工零件的刀具軌跡簡(jiǎn)稱(chēng)(刀軌)。一般來(lái)說(shuō)不能直接傳輸CAM軟件內(nèi)部產(chǎn)生的刀軌到機(jī)床上進(jìn)行加工,因?yàn)楦鞣N類(lèi)型的機(jī)床在物理結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)方面可能不同,由此而對(duì)NC程序中指令和格式的要求也可能不同。因此,刀軌數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)處理以適應(yīng)每種機(jī)床及其控制系統(tǒng)的特定要求。這種處理,在大多數(shù)CAM軟件中叫做“后處理”。后處理的結(jié)果是使刀軌數(shù)據(jù)變成機(jī)床能夠識(shí)別的刀軌數(shù)據(jù),即NC代碼:
(以下為模具型腔第一個(gè)程序中的一部分)
%
N0010 G40 G17 G90 G70
N0020 G91 G28 Z0.0
N0030 T00 M06
…………
N4160 X1.2799 Y-1.83 I-.0362 J.0154
N4170 G0 Z.5906
N4180 M05
N4181 M30
%
針對(duì)復(fù)雜模具型腔零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,設(shè)計(jì)出適合其加工的工藝方案,提供了詳細(xì)的加工工藝。采用型腔銑削方法進(jìn)行開(kāi)粗,同時(shí)采用多種方式對(duì)內(nèi)腔槽位做半精加工,再精銑內(nèi)腔槽至尺寸。另外,應(yīng)用NX技術(shù)對(duì)型腔進(jìn)行數(shù)控編程,以達(dá)到高生產(chǎn)效率、高加工精度的目的,從而確保零件生產(chǎn)之后安裝在鋁材設(shè)備里牢固可靠,本技術(shù)在實(shí)際加工中得到了廣泛的應(yīng)用。