異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體多軸聯(lián)動(dòng)加工工藝及編程技術(shù)研究

異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體多軸聯(lián)動(dòng)加工工藝及編程技術(shù)研究

非點(diǎn)運(yùn)動(dòng)是現(xiàn)代機(jī)械裝置的核心部件。通過(guò)對(duì)零件結(jié)構(gòu)特征的分析，我們發(fā)現(xiàn)它涉及多軸加工和編程。加工的難點(diǎn)主要集中在葉片的加工和編程，以及薄零件加工和葉片加工的技術(shù)。為此，筆者查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)關(guān)于葉片加工均集中在采用UG、MasterCAM等編程，在編制刀具路徑時(shí)檢測(cè)刀具與工件之間是否發(fā)生干涉、修正1非點(diǎn)結(jié)構(gòu)和加工技術(shù)的分析1.1表面螺紋孔加工本文研究對(duì)象某精密帶有葉片轉(zhuǎn)動(dòng)體，其結(jié)構(gòu)特征如圖1所示，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由15個(gè)直紋面葉片均勻分布在其邊緣，從俯視圖觀察發(fā)現(xiàn)棱臺(tái)側(cè)面均有M5的螺紋孔，基于以上特征對(duì)于葉片擬采用五軸加工方法，M5螺紋孔適合采用四軸旋轉(zhuǎn)加工。此外，葉片厚度為1.5mm，屬于薄壁零件，在切削力作用下工件易產(chǎn)生變形，從而達(dá)不到相關(guān)技術(shù)要求，合理安排刀具路徑，避免因切削力而產(chǎn)生的形變是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。1.2工藝方法設(shè)計(jì)(1)機(jī)床及編程軟件：分流式葉輪由于其復(fù)雜外形一般不宜采取鑄造毛坯，而是采用去棒料加工，分流式葉輪加工擬采用GR400五軸數(shù)控機(jī)床，編程采用SurfMill軟件。(2)在機(jī)測(cè)量輔助：機(jī)床擺正和確定工件原點(diǎn)是影響分流式葉輪加工精度的重要因素，為避免人為誤差，在機(jī)測(cè)量技術(shù)能有效保證機(jī)床自動(dòng)擺正來(lái)提高加工精度。在機(jī)測(cè)量技術(shù)其關(guān)鍵在于加工前對(duì)機(jī)床A/C軸自動(dòng)找正，自動(dòng)找正過(guò)程中C軸布置了8個(gè)探測(cè)點(diǎn)，A軸布置了7個(gè)探測(cè)點(diǎn)，通過(guò)探測(cè)結(jié)果顯示，偏差C軸X=0.0041mm，偏差C軸Y=-0.0064mm。偏差A(yù)軸Y=-0.0005mm,偏差A(yù)軸Z=-0.0024mm。相對(duì)于傳統(tǒng)的人為對(duì)刀找正在機(jī)測(cè)量技術(shù)的精度明顯提高。(3)夾具設(shè)計(jì)：在零點(diǎn)快換通用夾具的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一個(gè)專用夾具，該異形件涉及雙面加工，故有兩次裝夾，從其結(jié)構(gòu)特征考慮，先對(duì)有6個(gè)M4螺紋孔面進(jìn)行加工，再對(duì)有凸臺(tái)面加工。故在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，采用一與加工毛坯同等大小的圓柱棒料，在棒料的其中一個(gè)端面銑出6個(gè)M4的螺紋孔，此螺紋孔的定位尺寸與異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體的6個(gè)M4螺紋孔位置相同用于裝夾，在另一個(gè)端面上銑3個(gè)M5螺紋孔，螺紋孔深度小于8mm，螺紋孔幾何中心在大于mm的圓上，在初次裝夾時(shí)將毛坯件與夾具上M5螺栓鎖緊，第二次裝夾時(shí)將初次加工完成一面與夾具上M4螺栓鎖緊完成二次裝夾。(4)加工工藝規(guī)劃：制定合理的加工工藝路線是零部件工件能否達(dá)到技術(shù)要求的關(guān)鍵，從異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定了加工工序卡如表1，表2所示。(5)刀具規(guī)劃：基于本文所研究的異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體為小型精密零部件，在刀具選擇上采取小刀具加工，全部由硬質(zhì)合金刀具，其具體刀具表如表3所示。2旋轉(zhuǎn)異質(zhì)sulvmill編程2.1檢測(cè)坐標(biāo)系的建立在機(jī)測(cè)量技術(shù)旨在減少人為判斷因素，從而提高加工精度，在SurfMill軟件的在機(jī)測(cè)量模塊中以平面檢測(cè)、圓柱元素檢測(cè)進(jìn)行探測(cè)工件xzy坐標(biāo)及A/C周擺正，在surfmill中已建立好的毛坯模型在其頂部平面均勻布置9個(gè)探測(cè)點(diǎn)，探測(cè)點(diǎn)以“九宮格”形式等距向邊緣分布，利用檢測(cè)坐標(biāo)系，將工件位置偏移進(jìn)行補(bǔ)償。檢測(cè)其圓柱面時(shí)，在其圓柱面上均勻分布16個(gè)探測(cè)點(diǎn)，分上下兩層，每層8個(gè)探測(cè)點(diǎn)，兩層探測(cè)點(diǎn)之間的距離應(yīng)小于探針的長(zhǎng)度以免在探測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)碰撞，本次探測(cè)點(diǎn)分布如圖2所示。在平面和圓柱面探測(cè)時(shí)不僅能在XOY平面內(nèi)有效找到工件的幾何中心，同時(shí)對(duì)A/C軸的擺正起關(guān)鍵作用，Z軸通過(guò)手輪以1mm倍率將探頭移至工件表面，此時(shí)雷尼紹側(cè)頭的報(bào)警燈由綠色轉(zhuǎn)為紅色，記錄工件的Z軸零點(diǎn)，毛坯棒料底部直徑mm，高度27mm。2.2suflmill控制程序，旋轉(zhuǎn)體底部2.2.1軸類加工模式依據(jù)異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體自身特點(diǎn)，宜將底部中心凹槽區(qū)域先去料，再對(duì)中心凸臺(tái)加工，在SurfMill編程中采用三軸加工模式，采用分層區(qū)域粗加工，以環(huán)切走刀方式進(jìn)行開(kāi)粗，加工區(qū)域如圖3綠色區(qū)域所示，在快速去料加工過(guò)程中留有0.15mm的加工余量，再通過(guò)曲面精加工模式以環(huán)繞等距走刀方式精修對(duì)中心區(qū)域加工，去除在粗加工時(shí)留有的殘料。其刀具路徑編程模擬效果如圖4所示，結(jié)果表明加工效果較好，刀具路徑光順且最少抬刀提高了加工效率。2.2.2螺紋擴(kuò)孔銑削該異形件在其底部有6個(gè)M4螺紋孔，在三軸加工模式下，以M4螺紋孔外圓作為輪廓線，采用平底刀沿輪廓切割內(nèi)旋對(duì)M4螺紋孔擴(kuò)孔，擴(kuò)孔深度為10mm。擴(kuò)孔完成后將由M4絲錐完成螺紋切削，因螺紋有不同旋向，本次銑出的螺紋孔為右螺旋。不難發(fā)現(xiàn)6個(gè)M4螺紋孔以等角度分布，故通過(guò)刀具路徑旋轉(zhuǎn)，即可完成其他螺紋孔的加工。M4螺紋孔的刀具路徑如圖5所示。2.2.3中心孔加工中心孔為Φ8通孔，提取該孔的輪廓線，在三軸加工模式下用平底刀Φ6沿輪廓切割刀具路徑向內(nèi)偏移即可完成中心孔加工，沿輪廓切割可以有效提高走刀效率，避免刀具路徑重復(fù)過(guò)多及減少了抬刀次數(shù)。由于加工對(duì)象為通孔，技術(shù)要求孔深26mm，而毛坯料的高度為27mm。故加工深度須大于26mm，取26.5mm即可。對(duì)于毛坯件而言，此時(shí)中心孔亦有0.5mm余量，考慮異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體在加工六面棱臺(tái)時(shí)以去料形式實(shí)現(xiàn)通孔。2.3suflmill控制程序，旋轉(zhuǎn)體頂部2.3.1頂部去料開(kāi)粗，減少抬刀方式經(jīng)二次裝夾，用Φ10平底刀以面銑的形式快速對(duì)毛坯件去料，使毛坯料零平面為-1mm，完成工序卡表1中心通孔的去料加工。在異形件頂部采用Φ10平底刀去料開(kāi)粗，在三軸模式下以分層區(qū)域粗加工模塊，基于該異形件特征，以環(huán)切走刀方式，減少抬刀次數(shù)且較為高效。對(duì)照加工工序表2，此時(shí)用Φ6平底刀和Φ2球頭刀對(duì)頂部平面和曲面進(jìn)行精加工，去除粗加工時(shí)留有的余量。在頂部的平面因凸臺(tái)構(gòu)成不連貫故宜采用成組平面加工方法，而在頂部的曲面則采用等高外形的走刀方式減少抬刀提高加工效率。頂部平面、曲面精修加工刀具路徑如圖7所示。2.3.2紋孔外法線方向一致六面棱臺(tái)加工須建立局部坐標(biāo)系，在6個(gè)M5螺紋孔的幾何中心建立局部坐標(biāo)系原點(diǎn)，局部坐標(biāo)Z軸與M5螺紋孔外法線方向一致，確保刀具從工件外進(jìn)刀。采用Φ4平底刀擴(kuò)孔，以輪廓切割向圓弧內(nèi)偏移的走刀方式，用M5絲錐進(jìn)一步加工出螺紋，該棱臺(tái)上6個(gè)M5螺紋孔等角度分布，通過(guò)刀具路徑旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)對(duì)另外5個(gè)螺紋孔的加工。螺紋孔加工刀具路徑如圖8所示，刀具路徑模擬顯示加工過(guò)程中僅1次抬刀，加工效率大大提高。2.4旋轉(zhuǎn)體葉片的sulvmill控制公式2.4.1提取邊界線，確定刀軸日向線在異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)中，葉片由于其特殊結(jié)構(gòu)須采用五軸加工模塊，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)五軸曲線加工模式最為高效，以兩個(gè)葉片底部邊界線提取其中位線作為刀具軌跡線，以相鄰兩個(gè)葉片上端邊界線提取其中位線作為刀軸方向線，刀軸指向刀軸方向線，始終與其保持垂直，如圖9所示。在加工過(guò)程中為避免葉片邊界出現(xiàn)毛刺須延長(zhǎng)刀具路徑2mm，不難發(fā)現(xiàn)葉片以等距等角度分布在轉(zhuǎn)動(dòng)體邊緣，通過(guò)刀具路徑旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余葉片的加工，整個(gè)過(guò)程只有一次進(jìn)退刀，在單個(gè)葉片開(kāi)粗過(guò)程中刀具路徑無(wú)重疊明顯提高了加工效率。2.4.2防止施工碰撞葉片開(kāi)粗在葉片側(cè)壁留有余量，此時(shí)可采用半精加工和精加工對(duì)側(cè)壁余量清除。在五軸側(cè)銑模塊下以側(cè)片側(cè)壁作為擋墻面，葉片外法線作為進(jìn)刀方向防止刀具與工件碰撞，如圖10所示。用錐度8°球刀側(cè)刃完成側(cè)壁余量去除，而葉片另一側(cè)采用相同方法去料完成葉片側(cè)壁的半精加工和精加工，通過(guò)刀具路徑旋轉(zhuǎn)完成剩余葉片側(cè)壁的半精加工和精加工，其刀具路徑如圖11所示。刀具路徑模擬結(jié)果表明，未出現(xiàn)過(guò)切或碰撞，刀具路徑合理。2.4.3葉片流道的壓復(fù)過(guò)程葉片開(kāi)粗在葉片底部余量0.15mm，在五軸加工模塊曲面投影加工中對(duì)底部余量清除，刀具以斜線-45°角度走刀，刀軸方向與圖10中的刀軸方向一致，在加工過(guò)程中容易出現(xiàn)葉片側(cè)壁被過(guò)切，此時(shí)可將葉片側(cè)壁設(shè)置為保護(hù)面加以約束，可將刀具路徑延長(zhǎng)2mm，避免產(chǎn)生毛刺。通過(guò)刀具路徑旋轉(zhuǎn)完成剩余葉片流道的精加工。刀具路徑如圖12所示，刀具路徑模擬結(jié)果表明，未出現(xiàn)過(guò)切或碰撞，刀具路徑合理。3真實(shí)加工過(guò)程中的應(yīng)用DT編程技術(shù)是依據(jù)已編制的刀具路徑在機(jī)床上進(jìn)行模擬仿真，其目的在于檢查已編制的刀具路徑在真實(shí)加工過(guò)程中是否會(huì)出現(xiàn)碰撞或過(guò)切，該技術(shù)有效保障了機(jī)床在加工過(guò)程中的安全性。本文建立了零點(diǎn)快換及夾具的數(shù)值模型導(dǎo)入surfmill中，將所有刀具路徑進(jìn)行聯(lián)合仿真，仿真過(guò)程中未出現(xiàn)報(bào)警提示，故所編制的程序合理未出現(xiàn)碰撞或過(guò)切現(xiàn)象，所加工出的異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體如圖13所示。4異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體加工工藝設(shè)計(jì)文中引入的在機(jī)測(cè)量技術(shù)和零點(diǎn)快換技術(shù)使得加工中減少人為主觀判斷因素帶來(lái)的加工誤差，通過(guò)分析異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定了較為合理的工序，依照該工序采用surfmill軟件對(duì)異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體編制了相應(yīng)的程序，結(jié)合異形件轉(zhuǎn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)特征，在編制M4(M5）螺紋孔、六面棱臺(tái)、葉片等程序時(shí)采用刀具路徑旋轉(zhuǎn)能有