數控加工技術及應用 課件 項目3、4 零件四軸數控加工、零件五軸數控加工

項目三零件四軸數控加工任務一六方體零件四軸數控加工任務二圓柱凸輪零件四軸數控加工任務三槽軸零件四軸數控加工

任務一六方體零件四軸數控加工

一、學習目標知識目標(1)掌握四軸數控機床的特點、結構及分類等;(2)掌握四軸機床(西門子802Dsl)的操作,包括程序輸入、對刀以及自動加工等;(3)掌握四軸定軸銑加工零件的角度變換的編程。

技能目標

(1)能完成六方體零件的編程;

(2)能編制數控四軸加工零件的工藝文件;

(3)能正確對刀并設置刀具參數;

(4)能使用四軸加工中心完成六方體零件的加工;

(5)能進行機床日常維護和保養(yǎng),并有環(huán)保意識和安全意識。

二、工作任務

在數控銑削加工中,經常遇到某些零件加工過程中需要旋轉變換不同的工位來進行加工,利用傳統(tǒng)的三軸數控銑床需要進行多次裝夾,即使利用分度裝置也需要手動調整工位,

效率較低。如果采用四軸數控機床加工則可以實現一次裝夾后通過自動變換工位來進行零件的連續(xù)加工,提高加工效率。

四軸加工即是在傳統(tǒng)的三軸機床上增加一個旋轉軸進行數控加工。

(一)六方體零件的二維和三維圖

六方體零件的二維和三維圖如圖3-1所示。

圖3-1六方體零件的二維和三維圖

(二)任務具體要求

六方體零件單件生產,毛坯為一臺階軸(小端直徑為44mm,長度為30mm;大端直徑為60mm,長度為30mm),材料為硬鋁(也可不根據圖上材料要求,針對自己現有的材料進行加工)。加工該零件的具體任務為在分析零件圖和零件結構工藝特征的基礎上擬定零件機械加工工藝方案,編制工藝文件,編寫數控加工程序,在四軸數控機床上完成零件加工。

三、相關知識

(一)四軸數控機床簡介

四軸數控機床就是在三軸數控機床的基礎上增加一個旋轉軸。常見的四軸數控機床的結構分為帶轉臺的四軸聯(lián)動數控加工機床和帶擺頭的四軸聯(lián)動數控加工機床。

1.轉臺結構

在工作臺上增加一個分度盤,工件安裝在分度盤(帶三爪卡盤)上,分度盤轉動帶動工件轉動。

2.擺頭結構

主軸安裝在擺頭上,擺頭可以在行程范圍內擺動,也可以和三個線性軸聯(lián)動進行零件加工。

(二)VDL600A數控四軸機床(西門子802Dsl)主要參數及面板簡介

VDL－600A數控四軸機床的實物圖如圖3-2所示,其主要參數如表3-1所示。

圖3-2VDL600A數控四軸機床

1.數控系統(tǒng)面板

數控系統(tǒng)面板如圖3-3所示,面板上的按鍵功能如表3-2所示。圖3-3-數控系統(tǒng)面板

2.機床控制面板

機床控制面板如圖3-4所示,面板上的按鍵功能如表3-3所示。

圖3-4機床控制面板

3.開機檢查

機床檢查要求如表3-4所示。

4.屏幕顯示區(qū)

屏幕顯示區(qū)如圖3-5所示。圖3-5屏幕顯示區(qū)

(三)VDL600A數控四軸機床(西門子802Dsl)手動操作

1.返回參考點

注:該機床不需要回零操作。

2.JOG運行方式

1)JOG運行

5)設定增量值

圖3-6手動設置界面

3.MDA運行方式

圖3-7MDA方式

(四)VDL600A數控四軸機床(西門子802Dsl)程序編輯

1.進入程序管理方式

點擊程序管理操作區(qū)域鍵,顯示屏顯示零件程序列表,如圖3-8所示。

圖3-8程序管理界面

2.軟鍵

程序管理的軟鍵功能如表3-5所示。

3.輸入新程序

(1)按下軟鍵。

(2)使用字母鍵輸入程序名。例如,輸入字母:XGM01。

(3)按“確認”軟鍵。如果按“中斷”軟鍵,則剛才輸入的程序名無效。

(4)零件程序清單中顯示新建立的程序,如圖3-9所示。

圖3-9新建程序

4.編輯當前程序

(五)VDL600A數控四軸機床(西門子802Dsl)的參數設置

1.進入參數設定窗口

(1)按下系統(tǒng)控制面板上的參數操作區(qū)域鍵,顯示屏顯示參數設置窗口,如圖3-10所示。

(2)點擊軟鍵,可以進入對應的菜單進行設置。用戶可以在這里設定刀具參數、零點偏置等參數。

圖3-10參數設置窗口

2.設置刀具參數及刀補參數

1)設置刀具參數的基本方法

(1)點擊參數設置窗口下方的“刀具表”軟鍵。

(2)打開刀具補償設置窗口,該窗口顯示所使用的刀具清單,如圖3-11所示。

圖3-11刀具補償設置

2)軟鍵功能

軟鍵功能如表3-6所示。

3)建立新刀具

點擊“新刀具”軟鍵,顯示屏右側出現鉆削和銑刀兩個菜單項,可以設定兩種類型刀具的刀具號;例如,要建立刀具號為6的銑刀,其操作步驟如下:

(1)點擊“新刀具”軟鍵→“銑刀”軟鍵,顯示屏出現如圖3-12所示的界面。

(2)使用數控系統(tǒng)面板上的數字鍵,輸入數字6

圖3-12創(chuàng)建刀具

(3)點擊右下方的“確認”軟鍵,完成建立。這時刀具清單里會出現新建立的刀具,如圖3-13所示。圖3-13-創(chuàng)建新刀具

3.設置零點偏移值

(1)點擊“零點偏移”軟鍵。

(2)屏幕上顯示可設定零點偏移的情況,如圖3-14所示。

(3)使用光標鍵移動光標,將光標定位到需要輸入數據的位置。光標所在區(qū)域以白色高光顯示。

(4)點擊數控系統(tǒng)面板上的數字鍵,輸入數值。

(5)點擊輸入鍵完成輸入。

圖3-14設置零點偏移值

(六)VDL600A數控四軸機床(西門子802Dsl)自動運行操作

1.進入自動運行方式

(1)按下系統(tǒng)控制面板上的自動方式鍵,系統(tǒng)進入自動運行方式。

(2)顯示屏上顯示自動方式窗口,內容包括位置、主軸值、刀具值以及當前的程序段,如圖3-15所示。

圖3-15自動方式

2.軟鍵

(1)點擊自動方式窗口下方菜單欄上的“程序控制”軟鍵。

(2)顯示屏右側出現程序控制菜單的下一級菜單,各按鍵功能如表3-7所示。

3.選擇和啟動零件程序

(1)按下自動方式鍵。

(2)選擇系統(tǒng)主窗口菜單欄中的“數控加工”→“加工代碼”→“讀取代碼”,系統(tǒng)彈出windows打開文件窗口,選中在電腦中事先做好的程序文件并按下窗口中的“打開”鍵將其打開,這時顯示窗口會顯示該程序的內容,如圖3-16所示。

(3)按數控啟動鍵,系統(tǒng)執(zhí)行程序。

圖3-16程序運行窗口

4.停止、中斷零件程序

(1)停止:按數控停止鍵,可以停止正在加工的程序,再按數控啟動鍵,就能恢復被停止的程序。

(2)中斷:按復位鍵,可以中斷程序加工,再按數控啟動鍵,程序將從頭開始執(zhí)行。

(七)VDL600A數控四軸機床(西門子802Dsl)對刀操作

數控程序一般按工件坐標系編程,對刀的過程就是建立工件坐標系與機床坐標系之間關系的過程。常見的四軸加工坐標系通常建立在回轉棒料端面中心,如圖3-17所示。

圖3-17四軸加工坐標系的建立

1.X軸對刀

通過刀具和工件端面(未加持端)直接進行碰刀。

(1)使主軸中速旋轉。

(2)手動移動銑刀去靠近工件端面(未加持端),通過調整倍率的方式,最終使刀具輕微接觸到工件端面(可聽到刀刃和工件的摩擦聲,但沒有切屑)。點擊“測量工件”軟鍵,進入“工件測量”界面,如圖3-18所示。

(3)點擊右側“X”軟鍵。

(4)點擊光標鍵或使光標停留在“存儲在”欄中,在系統(tǒng)面板上點擊按鈕,選擇保存工件坐標系原點的位置(此處選擇了G54),如圖3-19所示。

圖3-18工件測量界面

圖3-19X軸對刀數據存儲地址選擇

2.Y軸對刀

圖3-20工件測量界面

圖3-21Y軸對刀數據存儲地址選擇

2)雙邊對刀法

(1)使主軸中速旋轉。

(2)手動移動銑刀去靠近工件側面偏上,通過調整倍率的方式,最終使刀具輕微接觸到工件端面(可聽到刀刃和工件的摩擦聲,但沒有切屑),記下此時刀具在機床坐標系中的Y坐標值Y1。Z不動,調整刀具到工件另一側面,通過調整倍率的方式,最終使刀具輕微接觸到工件端面(可聽到刀刃和工件的摩擦聲,但沒有切屑),記下此時刀具在機床坐標系中的Y坐標值Y2。

(3)點擊軟鍵,進入“刀具列表”界面,如圖3-22所示。

圖3-22刀具列表界面

(4)點擊“零點偏移”軟鍵進入“零點偏移”界面,如圖3-23所示。

(5)在G54水平對應的Y坐標值中輸入(Y1+Y2)/2所對應的值,并按下鍵。圖3-23-零點偏移界面

3.Z軸對刀

通過刀具和工件正上方(最高位置)直接進行碰刀,具體步驟如下:

(1)使主軸中速旋轉。

(2)手動移動銑刀去靠近工件正上方(最高位置),通過調整倍率的方式,最終使刀具輕微接觸到工件最上方(可聽到刀刃和工件的摩擦聲,但沒有切屑)。點擊“測量工件”軟鍵,進入“工件測量”界面,如圖3-24所示。

(3)點擊右側“Z”軟鍵。

圖3-24工件測量界面

(4)點擊光標鍵或,使光標停留在“存儲在”欄中。

(5)在系統(tǒng)面板上點擊按鈕,選擇保存工件坐標系原點的位置(此處選擇了G54),如圖3-24和圖3-25所示。

(6)使用移動光標,在“設置位置Z0”文本框中輸入工件半徑值,并按下鍵。

(7)點擊“計算”軟鍵,系統(tǒng)將會計算出工件坐標系原點的Z分量在機床坐標系中的坐標值,并將此數據保存到參數表中。

圖3-25輸入Z0位置

4.A軸對刀

對于A軸來說,如果毛坯上沒有參考位置,可設定任意位置作為A0位置,因此可以不用設定。如果毛坯上有參考位置,則通過參考位置在工件坐標系中的坐標值來進行設定。

5.多把刀具對刀

假設以1號刀為基準刀,基準刀的對刀方法同上。對于非基準刀,此處以2號刀為例進行說明,具體操作步驟如下:

(1)建立刀具參數表。

(2)用MDA方式將2號刀安裝到主軸上。

(3)通過刀具和工件正上方(最高位置)直接進行碰刀對刀具進行對刀。

(4)點擊“測量工具”軟鍵,進入“刀具測量”界面,如圖3-26所示。

圖3-26刀具測量界面

(5)將光標移動到控件,打開鍵盤,用按鈕選擇對應的工件坐標系,此處選擇“G54”,此時“刀具測量”對話框如圖3-27所示。

(6)將光標移動到Z0對應的文本框中,修改其中的數據,并按下鍵。

(7)點擊“設置長度”軟鍵,計算得到的數據將被自動記錄到刀具表對應的位置中。

圖3-272號刀Z0位置輸入

(八)3+1軸零件工位變換編程方法

實現定軸銑削需要在程序中增加旋轉軸的旋轉指令,而需要旋轉到多少度則按照G00或者G01指令編程即可,如:“G91/G90G00/G01A60F80;”,具體旋轉到什么角度,需要根據圖形和工件坐標系中A軸零點的位置來確定。

四、任務實施

(一)六方體零件數控加工工藝文件編制

1.編制工序卡

編制六方體零件機械加工工藝過程卡,如表3-8所示。

2.編制數控刀具調整卡

編制六方體零件加工刀具調整卡,如表3-9所示。

3.編制數控銑削加工工序卡片

編制六方體零件數控銑削加工工序卡,如表3-10所示。

(二)利用制造工程師2013構建六方體零件的3D模型

(1)利用拉伸功能或者旋轉功能按照毛坯尺寸生成臺階軸。

生成的臺階軸如圖3-28所示。需要注意的是軟件中世界坐標原點在工件上的位置一定要按照在機床上加工時的工件坐標系原點在工件上的位置來確定,因此在繪圖之前需要認真觀察所使用的數控機床。

圖3-28臺階軸

(2)利用拉伸除料方式生成六方體的六個面。

將后綴為.mxe格式的文件利用拉伸除料方式生成如圖3-29所示的形狀(最好六個面中有一組相對的面與Z軸垂直)。

圖3-29生成六方體

(3)利用拉伸增料和拉伸除料方式對零件圖上A、B、C向生成相應特征。

生成的特征如圖3-30和圖3-31所示。特別要注意的是角度問題,一定要清楚圖形上所描述的A、B、C向特征在六個面上的位置關系。

圖3-30AB向特征

圖3-31BC向特征

(三)編寫六方體零件的加工程序

1.銑削除C向以外的五個面的上表面

通過分析可知,C向上表面最高,其余五個面的上表面均為六方體的面,因此,這五個上表面可以做成一個面的走刀路線。其余幾個面的做法分兩種,一種是應用陳列的方式生成其余幾個面(采用陣列的時候C向生成的走刀路線需要刪除掉),這種方法最簡單;另一種方式是用做出這個面的走刀路線生成加工程序,然后將這部分程序運行五遍,除第一遍外其余每一遍之前都要增加一條工件旋轉指令,具體如何旋轉、角度的大小要看其余幾個面和這個面的位置關系。

1)毛坯的設置

毛坯設置是為了在部分加工策略提供去料位置以及生成走刀路線后進行實體仿真所必須做的工作。在軌跡管理里面雙擊“毛坯”選項,系統(tǒng)彈出毛坯設置窗口,在類型中選擇“三角片”,如圖3-32所示。

圖3-32毛坯設置

2)生成平面銑削的走刀路線

在刀具軌跡下面單擊鼠標右鍵,按照圖3-33的方式進行選擇。

圖3-33-平面精加工

系統(tǒng)彈出“平面精加工(創(chuàng)建)”對話框,按照需要進行設置(在幾何選擇項中選擇加工曲面時直接點擊“實體”即可),如圖3-34所示。

圖3-34平面精加工參數設置

為了減少生成的走刀路線,可適當做一個邊界,如圖3-35所示,在區(qū)域參數里面拾取這條邊界,即可生成這個平面的走刀路線,如圖3-36所示。

圖3-35做出邊界

圖3-36平面精加工走刀路線

應用陣列方式將這條走刀路線按照“圓形”→“均布”→“6等份”的步驟進行陣列(切記選擇“軌跡坐標系陣列”),刪除C向的走刀路線,結果如圖3-37所示(如果陣列結果不對時一定要仔細檢查陣列的平面是否正確,不正確時用F9進行切換)。

圖3-37鏡像走刀路線

2.A向走刀路線的生成

1)A向圓槽粗加工

首先將之前的走刀路線隱藏起來,然后在A向建立一個輔助坐標系,坐標原點在圓槽頂面中心,Z軸垂直于A向平面,+Z向外,用相關線命令提取圓槽邊界,如圖3-38所示。

圖3-38圓槽邊界的提取

選擇“加工”→“常用加工”中的“平面區(qū)域粗加工”,系統(tǒng)彈出“平面區(qū)域粗加工”對話框,按照如圖3-39所示的內容進行設置(“輪廓曲線”選提取的圓作為輪廓曲線),結果如圖3-40所示。

圖3-39平面區(qū)域粗加工參數設置

圖3-40平面區(qū)域粗加工走刀路線

2)A向圓槽精加工

隱藏粗加工走刀路線。選擇“加工”→“常用加工”中的“平面輪廓精加工”,系統(tǒng)彈出“平面輪廓精加工”對話框,按照如圖3-41所示的內容進行設置(“輪廓曲線”選提取的圓作為輪廓曲線,進、退刀點都選擇輔助坐標系的坐標原點),結果如圖3-42所示。

圖3-41平面輪廓精加工參數設置

圖3-42平面輪廓精加工走刀路線

3.B向走刀路線的生成

按照A向粗精加工走刀路線生成的方式和參數設置即可生成B向的走刀路線,需要注意的是A向槽深為3mm,B向槽深為4mm,結果如圖3-43~圖3-45所示。

圖3-43-B向特征結構

圖3-44B向粗加工走刀路線

圖3-45B向精加工走刀路線

4.C向走刀路線的生成

首先創(chuàng)建輔助坐標系,坐標原點在六邊形凸臺下底面中心,如圖3-46所示。圖3-46C向結構

1)C向上表面的加工

按照前面五個“平面精加工”的方式進行設置,在“區(qū)域參數”設置里不設置邊界,只設置高度范圍,如圖3-47所示。設置完成后,結果如圖3-48所示。

圖3-47平面精加工高度范圍設置

圖3-48C向上表面銑削走刀路線

2)C向六邊形的加工

采用平面區(qū)域粗加工方式,“輪廓曲線”為四邊形的4條邊,“島嶼曲線”為六邊形的6條邊,參數設置如圖3-49所示,結果如圖3-50所示。

圖3-49C向凸臺粗加工參數設置

圖3-50C向凸臺粗加工走刀路線

3)C向六邊形凸臺的精加工

按照平面輪廓精加工方式生成六邊形凸臺的精加工走刀路線,如圖3-51所示。圖3-51C向精加工走刀路線

5.后置處理生成加工程序

后置處理之前可以通過實體仿真來檢查結果是否正確,如圖3-52所示。對不正確的部分重新修改即可。圖3-52實體仿真

確認結果無誤后首先激活世界坐標系,然后按照如圖3-53所示的方式進行操作。圖3-53-后置處理

系統(tǒng)彈出“后置處理代碼”對話框,然后在“選擇數控系統(tǒng)”里選擇“Siemens802D_4x_A”(可根據所用機床選擇合適的數控系統(tǒng)),如圖3-54所示。

圖3-54選擇數控系統(tǒng)

點擊“五軸定向銑選項”,系統(tǒng)彈出“定向銑選項”對話框,按照如圖3-55所示的內容進行設置。圖3-55定向銑選項

點擊“確定”即可生成加工程序,如圖3-56所示。圖3-56加工程序

(四)程序傳輸及四軸數控機床加工

1.程序傳輸

該機床常用的程序輸入方式有手工輸入、通過數據線傳輸和SD卡拷貝。采用SD卡傳輸時需要注意,SD的容量越小越好,最好是16M的。對于本程序來說,采用SD卡傳輸應該是最簡便的方式。

2.機床操作過程

1)開機

2)裝夾與找正工件

3)安裝刀具

4)對刀

在對刀操作過程中需注意以下問題:

(1)根據加工要求采用正確的對刀工具,控制對刀誤差。

(2)在對刀過程中,可通過改變微調進給量來提高對刀精度。

(3)對刀時需小心謹慎操作,尤其要注意移動方向,避免發(fā)生碰撞危險。

(4)對刀數據一定要存入與程序對應的存儲地址,防止因調用錯誤而產生嚴重后果。

5)輸入程序并校驗

6)自動加工

加工操作時的注意事項如下:

(1)實訓時,須在教師指導下進行,嚴格按照加工中心的操作規(guī)程進行操作。

(2)工件裝夾要可靠。

(3)刀具裝夾要可靠,對刀要仔細,參數設置要正確。

(4)首次加工時,應先試運行程序,確定程序無誤后再進行試切。試切時,應采用單段運行方式,并降低進給率和快進速度,防止撞刀。

(5)根據刀片的材料,在需要時加切削液,但不能在刀具進行切削時或刀具發(fā)熱時進行冷卻,這樣容易損壞刀具。

(6)切削用量的選用要合理,以免加工時進給過大,造成進給運動卡死,機床不能運行。

(7)自動加工過程中,應將數控機床的防護門關上,避免切屑或崩刀碎片飛出傷人。

7)零件測量

零件加工完成后對零件進行去毛刺和尺寸的檢測。

8)操作注意事項

(1)正式加工作業(yè)前應單獨運行進行試切削,以檢查程序編制的正確性。

(2)不要用手接觸工作中的刀具和切下的鐵屑,鐵屑應用毛刷或其他工具來清理。

(3)采用手動方式在主軸上裝卸刀具時,應注意以下兩項:

①把刀具安裝到主軸上時:

a.刀具錐柄和主軸錐孔均應擦干凈。

b.水平拿穩(wěn)刀具,不要傾斜,在刀具沒有完全夾持到主軸上以前不要松手。

②從主軸上卸刀時:

a.在松刀開關打開時,刀具被增壓打刀缸推出,要向外運動約0.5mm,因此要抓牢刀具。

b.由于主軸松刀開關打開時,主軸孔內有壓縮空氣吹出,因此要集中精力抓牢刀具以防掉下。

c.手動卸刀時應注意使主軸箱上升到足夠的高度,以免刀具與工件相碰。

9)加工結束

加工結束后,應仔細清理機床。

五、知識拓展

UG(UnigraphicsNX)是SiemensPLMSoftware公司出品的一個產品工程解決方案,它為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化造型和驗證手段,并針對用戶的虛擬產品設計和工藝設計的需求,提供了經過實踐驗證的解決方案。

UG是一個交互式CAD/CAM(計算機輔助設計與計算機輔助制造)系統(tǒng)。

1.工業(yè)設計

UG為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產品技術革新的工業(yè)設計和風格提供了強有力的解決方案。利用UG建模,工業(yè)設計師能夠迅速建立和改進復雜的產品形狀,并且使用先進的渲染和

可視化工具來最大限度地滿足設計概念的審美要求。

2.產品設計

UG包括世界上最強大、最廣泛的產品設計應用模塊。UG具有高性能的機械設計和制圖功能,為制造設計提供了高性能和靈活性,以滿足客戶設計任何復雜產品的需要。UG優(yōu)

于通用的設計工具,具有專業(yè)的管路和線路設計系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設計模塊和其他行業(yè)設計所需的專業(yè)應用程序,如圖3-57所示。

圖3-57產品設計

3.仿真、確認和優(yōu)化

UG允許制造商以數字化的方式仿真、確認和優(yōu)化產品及其開發(fā)過程。通過在開發(fā)周期中較早地運用數字化仿真性能,制造商可以改善產品質量,同時減少或消除對于物理樣機的昂貴耗時的設計、構建,以及對變更周期的依賴。

4.數控加工

UG軟件所有模塊都可在實體模型上直接生成加工程序,并保持與實體模型全相關。

UG的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序,該模塊適用于目前世界上幾乎所有主流數控機床和加工中心,該模塊在多年的應用實踐中已被證明適

用于2~5軸或更多軸的銑削加工、2~4軸的車削加工和電火花線切割。UG加工基礎模塊提供連接UG所有加工模塊的基礎框架,它為UG的所有加工模塊提供一個相同的、界面

友好的圖形化窗口環(huán)境,用戶可以在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的情況并可對其進行圖形化修改(見圖3-58),如對刀具軌跡進行延伸、縮短或修改等。

圖3-58自動編程

能力測試

完成如圖3-59所示零件的加工。

圖3-59零件二維及三維圖

任務小結

本項目主要介紹了六方體零件完成加工所要做的工作和需要學習的知識。重點內容為四軸數控機床的特點、結構、操作以及四軸加工零件的工藝編制及編程。遇到零件首先要

能做好工藝,根據要求判斷哪部分適合四軸機床加工,哪部分不需要四軸機床加工,以免造成零件成本提高。在用CAXA制造工程師做四軸定軸銑加工的過程中有時輔助坐標系可

以降低編程的難度,但在生成程序之前一定要激活世界坐標系,用世界坐標系作為裝夾坐標系來生成加工程序。在機床操作過程中重點注意四軸機床對刀和三軸機床對刀不同的地

方,并熟悉相關知識。

任務二圓柱凸輪零件四軸數控加工一、學習目標知識目標(1)能利用CAXA制造工程師2013軟件功能之線面映射將一條曲線纏繞到曲面上;(2)能正確設置CAXA制造工程師2013軟件四軸柱面曲線加工的參數。

技能目標(1)能運用CAXA制造工程師2013軟件完成圓柱凸輪的自動編程;(2)能使用四軸加工中心完成圓柱凸輪的加工。

二、工作任務

(一)圓柱凸輪零件的二維和三維圖

圓柱凸輪零件的二維和三維圖如圖3-60所示。

圖3-60圓柱凸輪零件二維和三維圖

(二)任務具體要求

圓柱凸輪零件單件生產,毛坯尺寸為?100×150的圓柱體,材料為硬鋁(也可不根據圖上材料要求結合自己現有的材料進行加工)。加工該零件的具體任務要求為在分析零件圖和零件結構工藝特征的基礎上擬定零件機械加工工藝方案,編制工藝文件,編寫數控加工中心加工程序,在四軸數控機床上進行數控加工。

三、相關知識

(一)四軸聯(lián)動數控加工的工藝特點

刀桿擺動的四軸聯(lián)動數控加工機床,可在一個工位上加工三軸機床無法加工的倒鉤面、死角;加旋轉軸的四軸聯(lián)動數控加工機床類似于車床的旋轉軸加工方式,可將零件繞

某一軸翻轉任意角度進行加工(一次裝夾,加工上、下、前、后四個工位),減少了夾具和重復定位誤差,十分利于如軸類、盤類、人工骨骼等的加工。

(二)CAXA制造工程師2013四軸柱面曲線加工的參數設置

1.功能

根據給定的曲線,生成四軸加工軌跡。

2.參數說明

點擊“加工”→“多軸加工”→“四軸柱面曲線加工”,系統(tǒng)彈出如圖3-61所示的對話框。

圖3-61四軸柱面曲線加工對話框

1)旋轉軸

(1)X軸:機床的第四軸繞X軸旋轉,生成加工代碼時角度地址為A。

(2)Y軸:機床的第四軸繞Y軸旋轉,生成加工代碼時角度地址為B。

2)加工方向

生成四軸加工軌跡時,下刀點與拾取曲線的位置有關,在曲線的哪一端拾取,就會在曲線的哪一端下刀。生

3)加工精度

(1)加工誤差:輸入模型的加工誤差。計算模型的軌跡的誤差小于此值。加工誤差越大,模型形狀的誤差也增大,模型表面越粗糙。加工誤差越小,模型形狀的誤差也減小,模型表面越光滑,但是軌跡段的數目增多,軌跡數據量變大,最后生成程序時程序段的數量增大。加工精度示例如圖3-62所示。

圖3-62加工精度示例圖

(2)加工步長:生成加工軌跡的刀位點沿曲線按弧長均勻分布。當曲線的曲率變化較大時,不能保證每一點的加工誤差都相同。

兩種方式生成的四軸加工軌跡如圖3-63所示。點為刀位點,小的直線段為刀軸方向。

圖3-63-加工精度控制示例圖

4)走刀方式

(1)單向:在刀次大于1時,同一層的刀具軌跡沿著同一方向進行加工,這時,層間軌跡會自動以抬刀方式連接,如圖3-64(a)所示。精加工時為了保證槽寬和加工表面質量多

采用此方式。

(2)往復:在刀具軌跡層數大于1時,層之間的刀具軌跡方向可以往復進行加工。刀具到達加工終點后,不快速退刀而是與下一層軌跡的最近點之間走一個行間進給,繼續(xù)沿著原加工方向相反的方向進行加工,如圖3-64(b)所示。加工時為了減少抬刀、提高加工效率多采用此種方式。

圖3-64走刀方式示例圖

5)偏置選項

用四軸曲線方式加工槽時,有時也需要像在平面上加工槽那樣,對槽寬作一些調整,以達到圖紙所要求的尺寸。這時就可以采用偏置選項來達到目的。

(1)曲線上:銑刀的中心沿曲線加工,不進行偏置,如圖3-65所示。

(2)左偏:向被加工曲線的左邊進行偏置。左方向的判斷方法與G41相同,即刀具加工方向的左邊,如圖3-66所示。

圖3-65在曲線上圖3-66左偏

(3)右偏:向被加工曲線的右邊進行偏置。右方向的判斷方法與G42相同,即刀具加工方向的右邊,如圖3-67所示。圖3-67右偏

(4)左右偏:向被加工曲線的左邊和右邊同時進行偏置。圖3-68所示為當加工方式為“單向”、左右偏置時的加工軌跡。圖3-68左右偏

(5)偏置距離:偏置的距離按照需要進行輸入設定。

(6)刀次:當需要進行多刀加工時,在這里給定刀次。給定刀次后總偏置距離=偏置距離×刀次。圖3-69所示為偏置距離為1、刀次為4時左右偏的單向加工刀具軌跡。

圖3-69刀次示例圖

(7)連接:當刀具軌跡進行左右偏置,并且用往復方式加工時,兩加工軌跡之間的連接有直線和圓弧兩種連接方式,如圖3-70所示。兩種連接方式各有其用途,可根據加工的實際需要來選用。圖3-70連接方式示例圖

6)加工深度

加工深度是指從曲線當前所在位置向下要加工的深度。

7)進給量

進給量是指為了達到給定的加工深度,需要在深度方向多次進刀時的每刀進給量。

8)起止高度

起止高度是指刀具初始位置。起止高度通常大于或等于安全高度。

9)安全高度

安全高度是指刀具在此高度以上任何位置,均不會碰傷工件和夾具。

10)下刀相對高度

下刀相對高度是指在切入或切削開始前的一段刀位軌跡的長度,這段軌跡以慢速下刀速度垂直向下進給。

四、任務實施

(一)圓柱凸輪零件數控加工工藝文件編制

1.編制工序卡

編制圓柱凸輪零件機械加工工藝過程卡,如表3-11所示。

2.編制數控刀具調整卡

編制圓柱凸輪零件加工刀具調整卡,如表3-12所示。

3.編制數控銑削加工工序卡

編制圓柱凸輪零件數控銑削加工工序卡,如表3-13所示。

(二)利用制造工程師2013構建圓柱凸輪的3D模型

(1)利用旋轉面功能生成圓柱面,如圖3-71所示。圖3-71工件圓柱面

(2)在XY平面根據圖形繪制圓槽展開中心線,如圖3-72所示。圖3-72圓槽展開中心線

(3)將中心線纏繞到圓柱面上。為了減少出錯幾率,將這條中心線上下的兩段直線先刪除掉,再采用線面映射功能將包含三段圓弧和兩段斜線的圖形纏繞到圓柱面上。如果被

刪除的兩段直線纏繞到圓柱面上,那就是平行于圓柱面兩端的一段圓弧,這段圓弧可以用兩點加半徑的方式直接畫出來,如圖3-73所示。

圖3-73-線面映射

(三)編寫圓柱凸輪零件的加工程序

1.凸輪槽粗加工

1)毛坯設定

用“相關線”命令提取圓柱面一端的圓形邊界。在“軌跡管理”中用鼠標左鍵雙擊“毛坯”,系統(tǒng)彈出毛坯設置選項,在“類型”中選擇“柱面”,平面輪廓為剛提取的圓形邊界。因為機床是第四軸繞X軸旋轉,將“軸線方向”中“VX”后面的值修改為“1”,“VY”和“VZ”后面的值修改為“0”即可。“高度”定義為“150”,結果如圖3-74所示。

圖3-74圓柱毛坯定義

2)?18鍵槽銑刀粗加工

按照如圖3-75的方式選擇“四軸柱面曲線加工”,系統(tǒng)彈出“四軸柱面曲線加工”對話框,在對話框中按照如圖3-76所示內容設置參數(“輪廓曲線”選擇纏繞到圓柱面上的線,“加工側”選擇工件外側)圖3-75四軸柱面曲線加工設置

圖3-76圓柱凸輪粗加工參數設置

點擊“確定”后結果如圖3-77所示。圖3-77圓柱凸輪粗加工走刀路線

2.凸輪槽精加工

同樣選擇“四軸柱面曲線加工”,參數設置如圖3-78所示(“輪廓曲線”和“加工側”的選擇參照粗加工)。

圖3-78圓柱凸輪精加工參數設置

點擊“確定”后結果如圖3-79所示。圖3-79圓柱凸輪精加工走刀路線

3.實體仿真驗證

實體仿真驗證結果如圖3-80所示。圖3-80實體仿真

4.后置處理生成加工程序

實體仿真驗證無誤后可根據需要選擇合適的系統(tǒng)進行后置處理生成加工程序,如圖3-81所示。

(四)程序傳輸

通過SD卡將生成的加工程序拷貝到機床上。

圖3-81加工程序

五、知識拓展

(一)DNC傳輸串口線路的連接

1.華中系統(tǒng)串口線路的連接

華中系統(tǒng)數控機床的DNC采用2個9孔插頭(其串口編號見圖3-82。一個插頭與電腦的COM1或COM2相連接,另一個插頭與數控機床的通信接口相連接),用網絡線連接。數控車床的焊接關系見圖3-83。除數控銑床、加工中心采用1、9空以外,其他孔一一對應進行焊接。

圖3-829孔串行接口與25針串行接口編號

圖3-83-9孔串口的焊接關系

2.FANUC系統(tǒng)串口線路的連接

FANUC系統(tǒng)數控機床的DNC采用9孔插頭(與電腦的COM1或COM2相連接)及25針插頭(與數控機床的通信接口相連接),用網絡線連接。25針串行接口的編號見圖3-82。9孔串口與25針串口的焊接關系見圖3-84

3.Siemens系統(tǒng)串口線路的連接

Siemens系統(tǒng)數控機床的DNC采用的方式與華中系統(tǒng)數控車床的相同(見圖3-83)。

圖3-849孔串口與25針串口的焊接關系

(二)DNC傳輸程序格式

1.華中系統(tǒng)

(1)程序的編寫:在記事本中編寫程序。

(2)程序格式:

%××××(四位以內的數字組成程序名?！翞閿底?下同)

…(以下為編寫的程序段)

…

(3)保存到文件夾中的程序文件名的格式:O××××(“O”為英文)

2.FANUC系統(tǒng)

(1)程序的編寫:在記事本中或在CNCEDIT、NCSentry傳輸軟件中編寫程序。

(2)程序格式:

%

:××××(四位以內的數字組成程序名。前面的冒號“:”也可改用英文的“O”,

傳輸到數控系統(tǒng)后都為“O××××”)

…(以下為編寫的程序段)

…

%

(3)保存到文件夾中的程序文件名的格式可任意設置(最好為英文或數字)。

3.Siemens系統(tǒng)

(1)程序的編寫:在記事本中或在CNCEDIT、NCSentry傳輸軟件中編寫程序。

(2)程序格式:

%_N_△△××××××_MPF(由開頭的兩個字母和后面的數字、下劃線及字母等8個以內的半角字符組成程序名?！鳛樽帜浮Ｗ映绦蚩梢砸訪開頭加7位以內的數字組

成程序名,MPF改為SPF)

;$PATH=/_N_MPF_DIR

…(以下為編寫的程序段)

…

(3)保存到文件夾中的程序文件名的格式可任意設置(最好為英文或數字)。

(三)DNC傳輸軟件介紹及傳輸操作

1.華中DNC傳輸軟件

華中DNC傳輸軟件的界面如圖3-85所示。

圖3-85華中DNC頁面

程序傳輸操作過程如下:

(1)打開華中DNC傳輸軟件。

(2)在華中系統(tǒng)的數控機床控制面板主菜單中按“F7”(DNC通訊)鍵,進入接收狀態(tài)。

(3)在華中DNC傳輸軟件中點擊“發(fā)送G代碼”,系統(tǒng)彈出如圖3-86所示的對話框,進入保存程序的文件夾,選擇要加工的程序,然后點擊“打開”。

(4)待傳輸完畢后,在華中系統(tǒng)的數控機床控制面板上按“Alt+E”退出DNC狀態(tài)(注:E為上擋鍵)。

(5)在數控機床控制面板中,選擇已傳輸的加工程序進行加工操作。

圖3-86選擇打開程序對話框

2.CNCEDIT傳輸軟件

CNCEDIT傳輸軟件打開后點擊“開新檔”,其編輯頁面如圖3-87所示。在編輯頁面中可以編寫程序或打開已有的程序。圖3-87中所顯示的程序是取消了順序號的程序。

圖3-87CNCEDIT操作頁面

按圖3-87中有兩個電腦圖標的按鈕(DNC傳輸按鈕)可以進入程序的DNC傳輸操作頁面(見圖3-88),在該頁面中按“4.Setup”按鈕,可以進入參數設置頁面(見圖3-89),參數設置說明見表3-14,設置完參數后,按“0.Save&Exit”退出。

圖3-88DNC傳輸操作頁面

圖3-89參數設置頁面

程序傳輸操作過程如下:

(1)打開CNCEDIT傳輸軟件,在編輯區(qū)域編寫所需傳輸的程序或打開存儲在電腦中的程序,點擊“DNC傳輸按鈕”進入程序傳輸操作界面(見圖3-88)。

(2)在數控機床操作面板中,選擇“EDIT”方式,啟動程序的接收或讀入。

(3)在程序傳輸操作界面(見圖3-88)中點擊“1.Send”按鈕就可以把計算機中的程序傳輸到數控機床中,其傳輸過程界面如圖3-90所示。

圖3-90DNC傳輸過程界面

3.NCSentry傳輸軟件

NCSentry傳輸軟件打開后的操作界面如圖3-91所示,在操作界面中可以編寫程序或打開已有的程序。點擊程序傳輸圖標,可進入如圖3-92所示的界面,點擊“Settings”可進入傳輸參數設置界面(見圖3-93),設置完參數后按“OK”退出。

圖3-91NCSentry操作界面

程序傳輸操作過程如下:

圖3-92DNC傳輸操作界面

圖3-93-參數設置界面

圖3-94DNC傳輸過程界面

能力測試

在一個?60×100的圓柱面上加工出某個學生的班級、姓名和學號,如圖3-95所示。

圖3-95練習示例

任務小結

本項目主要介紹了圓柱凸輪完成加工所要做的工作和需要學習的知識。重點內容為利用CAXA制造工程師2013軟件的線面映射功能將一條曲線纏繞到圓柱面上,并能用四軸

柱面曲線加工的方式完成凸輪的自動編程工作。四軸柱面曲線的偏置功能在使用的過程中一定要清楚偏置方向和偏置值的多少。

任務三槽軸零件四軸數控加工一、學習目標知識目標(1)能利用CAXA制造工程師2013軟件的功能做出放樣體;(2)能正確設置CAXA制造工程師2013軟件的四軸曲面加工的參數。

技能目標(1)能運用CAXA制造工程師2013軟件完成槽軸零件的編程;(2)能使用四軸加工中心完成槽軸零件的加工。

二、工作任務

(一)槽軸零件的二維和三維圖

槽軸零件的二維和三維圖如圖3-96所示。

圖3-96槽軸零件二維和三維圖

(二)任務具體要求

槽軸零件單件生產,毛坯尺寸為?50×60的圓柱體,材料為硬鋁(也可不根據圖上材料要求結合自己現有的材料進行加工)。加工該零件的具體任務要求為在分析零件圖和零件

結構工藝特征的基礎上擬定零件機械加工工藝方案,編制工藝文件,編寫數控加工中心加工程序,在四軸數控機床上進行數控加工。

三、相關知識

(一)CAXA制造工程師2013功能之放樣增料

根據多個截面線輪廓生成一個實體,如圖3-97所示。截面線為草圖輪廓。

圖3-97放樣增料示例圖

(1)單擊“造型”→“特征生成”→“增料”→“放樣”,或者直接單擊按鈕,系統(tǒng)彈出放樣對話框,如圖3-98所示。

(2)選取輪廓線,單擊“確定”完成操作。

(3)參數設定:輪廓指需要放樣的草圖;上和下指調節(jié)拾取草圖的順序。

圖3-98放樣對話框

(二)CAXA制造工程師2013四軸平切面加工的參數設置

1.功能

用一組垂直于旋轉軸的平面與被加工曲面的等距面求交而生成四軸加工軌跡的方法稱為四軸平切面加工。它多用于旋轉體及復雜曲面加工。銑刀刀軸方向始終垂直于第四軸(旋轉軸)。

2.參數說明

依次點取“加工”→“多軸加工”→“四軸平切面加工”,系統(tǒng)彈出如圖3-99所示的對話框。

圖3-99四軸平切面加工參數設置

1)旋轉軸

(1)X軸:機床的第四軸繞X軸旋轉,生成加工代碼時角度地址為A。

(2)Y軸:機床的第四軸繞Y軸旋轉,生成加工代碼時角度地址為B。

2)行距定義方式

(1)平行加工:用平行于旋轉軸的方向生成加工軌跡。

(2)角度增量:平行加工時用角度的增量來定義兩平行軌跡之間的距離。

(3)環(huán)切加工:用環(huán)繞旋轉軸的方向生成加工軌跡。

(4)行距:環(huán)切加工時用行距來定義兩相鄰環(huán)切軌跡之間的距離。

3)走刀方式

(1)單向:在刀次大于1時,同一層的刀具軌跡沿著同一方向進行加工,這時層間軌跡會自動以抬刀方式連接。

(2)往復:在刀具軌跡行數大于1時,行之間的刀具軌跡方向可以往復。

4)邊界保護

(1)保護:在邊界處生成保護邊界的軌跡,如圖3-100所示。

圖3-100邊界保護

(2)不保護:到邊界處停止,不生成超過邊界的軌跡,如圖3-101所示。圖3-101邊界不保護

5)優(yōu)化

(1)最小刀軸轉角:刀軸轉角是指相鄰的兩個刀軸間的夾角。最小刀軸轉角是指兩個相鄰刀位點之間刀軸轉角必須大于的數值,如果小于此數值,就會被忽略掉。如圖3-102所示,圖3-102(a)為沒有添加此限制,圖3-102(b)添加了此限制,且最小刀軸轉角為10。

(2)最小刀具步長:是指相鄰的兩個刀位點之間的直線距離必須大于此數值,若小于此數值,可忽略不要。效果與設置了最小刀軸轉角類似。如果與最小刀軸轉角同時設置,則兩個條件哪條滿足哪條起作用。圖3-102刀軸轉角示例圖

6)加工余量

加工余量是指相對于模型表面的殘留高度,如圖3-103所示。圖3-103-加工余量示例圖

7)干涉余量

干涉余量是指干涉面處的加工余量。

8)加工精度

加工精度是指輸入模型的加工精度。計算模型的軌跡誤差小于此值。加工精度越大,模型形狀的誤差也越大,模型表面粗糙度越差。加工精度越小,模型形狀的誤差也越小,模型表面越光滑,但軌跡段的數目增多,軌跡數據量變大,生成的程序段越多,如圖3-104所示。圖3-104加工精度示例圖

9)起止高度

起止高度是指刀具的初始位置。起止高度通常大于或等于安全高度。

10)安全高度

安全高度是指刀具在安全高度以上任何位置,均不會碰傷工件和夾具。

11)下刀相對高度

下刀相對高度是指在切入或切削開始前的一段刀位軌跡的長度,這段軌跡以緩慢的下刀速度垂直向下進給。

12)用直線約束刀軸方向

用直線約束刀軸方向是指用直線來控制刀軸的矢量方向。刀尖點與直線上對應一點的直線方向為刀軸的矢量方向。

四、任務實施

(一)槽軸零件數控加工工藝文件編制

1.編制機械加工工藝過程卡

編制槽軸零件機械加工工藝過程卡,如表3-15所示。

2.編制數控刀具調整卡

編制槽軸零件加工刀具調整卡,如表3-16所示。

3.編制數控銑削加工工序卡

編制平面零件數控銑削加工工序卡,如表3-17所示。

(二)利用制造工程師2013構建槽軸零件的3D模型

1.橢圓繪制

選擇YZ平面作為草繪平面,繪制長半軸為8mm、短半軸為5mm的橢圓,向X軸正方向拉伸5mm,結果如圖3-105所示。圖3-105橢圓實體

2.生成放樣體

按照如圖3-106所示連線的大致位置點擊上下輪廓,要注意在繪制上下輪廓草圖時一定要在這兩個點處打斷。圖3-106生成放樣體

3.圓臺繪制

以放樣體四邊形的端面作為草繪平面,拉伸出一個直徑為50mm、長度為10mm的圓臺,并對橢圓與放樣體連接處和放樣體和圓臺連接處進行過渡處理,半徑為3mm,結果如圖3-107所示。圖3-107生成圓臺

4.生成四個均布的槽體

以XY平面為基準沿Z軸正方向做一個等距面,距離為11mm。用這個等距面作為草繪平面,繪制槽體底部的邊界,并用拉伸除料方式生成槽體。其余三個槽體采用同樣方式生成(也可采用其他方式進行簡化處理),結果如圖3-108所示。圖3-108生成槽體

(三)編寫槽軸零件的加工程序

1.槽軸粗加工

粗加工采用等高線粗加工來完成。為了方便,在加工之前可以先將四個槽體的拉伸刪除掉,如圖3-109所示。圖3-109槽軸粗加工準備

1)毛坯設定

用相關線命令提取圓臺的邊界線作為毛坯的平面輪廓線,參照圓柱凸輪毛坯的設定方法設定毛坯,如圖3-110所示。圖3-110毛坯定義

2)等高線粗加工

點擊鍵盤F5,在XY平面內按照圖3-111所示繪制一個大致的矩形作為等高線粗加工的加工邊界。圖3-111繪制邊界

依次點擊“加工”→“常用加工”→“等高線粗加工”,系統(tǒng)彈出等高線粗加工對話框,按照圖3-112所示的內容設置參數。圖3-112粗加工參數設置

安全高度設置為“50”,加工曲面選擇槽軸實體,點擊“確定”后結果如圖3-113所示。圖3-113-粗加工走刀路線

用圓形陣列方式陣列出對面的粗加工走刀路線,如圖3-114所示。圖3-114粗加工走刀路線陣列

2.槽軸精加工

首先提取需要進行四軸加工的曲面,如圖3-115所示。圖3-115四軸加工曲面提取

依次點擊“加工”→“多軸加工”→“四軸平切面加工”,系統(tǒng)彈出四軸平切面加工對話框,按照圖3-116所示的內容設置參數,結果如圖3-117所示。圖3-116四軸平切面加工參數設置圖3-117四軸平切面走刀路線

3.槽的加工

刪除曲面,拉伸出四個槽體,如圖3-118所示。對于槽的加工可以用兩種方式進行:一種是手工編程,另一種是自動編程。圖3-118槽體

1)手工編程

用槽體的邊界得出槽的一條中心線,并利用軟件查詢出左邊點的坐標為(30,4,11),右邊點的坐標為(16,-2,11)。觀察圖形可知這條線為R60的圓弧,用?4鍵槽銑刀走這條圓弧即可加工出這個槽,因此手工編程就可以實現。有了這條線的程序,其他三個槽體可以用這個線的程序增加旋轉指令進行加工。

2)自動編程

由于CAXA制造工程師軟件本身精度的問題,如果需要自動編程必須選擇直徑比槽寬小的刀具來實現,因此選擇直徑為3mm的鍵槽銑刀來實現,得出一個槽的走刀路線,其余槽的走刀路線用圓形陣列的方式獲得。圖形中槽為自由公差,因此只用精加工即可。

采用“平面輪廓精加工”的方式來加工。依次點擊“加工”→“常用加工”→“平面輪廓精加工”,系統(tǒng)彈出“平面輪廓精加工”對話框,按照圖3-119所示的內容設置參數。圖3-119槽加工參數設置

點擊“確定”后生成一個槽的走刀路線,并陣列出其他槽的走刀路線,如圖3-120所示。圖3-120槽體走刀路線

4.后置處理生成加工程序

后置處理之前可通過實體仿真檢查結果是否正確,如圖3-121所示。不正確的部分重新修改即可。圖3-121實體仿真

在確認結果無誤的情況下按照機床需求后置處理生成G代碼,如圖3-122所示。圖3-122加工程序

(四)程序傳輸

通過SD卡將生成的加工程序拷貝到機床上,然后操作機床完成零件的加工。

五、知識拓展

利用UG建造南京四開SKY四軸雕銑機后處理,具體步驟如下。

1.分析機床

使用UG/PostBuilder為南京四開SKY四軸雕銑機建造一個后處理,首先需要分析機床。這包含兩項主要內容:機床結構和控制系統(tǒng)。

2.設定機床參數

新建一個后處理,并使之符合SKY四軸雕銑機的結構。這需要設定合理的機床參數。

點擊“OK”,建立新的后處理(見圖3-123)。圖3-123-建立四軸后處理

進入機床參數設定頁面,首先設定通用參數。這里的默認值包括:圓弧輸出為“Yes”,最大進給率默認值為10000,機床回零位置為X0Y0Z0,線性軸位移最小分辨率為0.001,這些均符合實際機床要求,不需更改?？梢詫⒕€性軸行程限制按照機床實際行程改為:X600、Y700、Z350(見圖3-124)。圖3-124機床通用參數設置

在FourthAxis頁面中,第四軸選擇平面設為ZX,轉軸字頭按照機床系統(tǒng)設為A,公差為0.001,最小旋轉角度為0.001,最大角度進給為1500,轉軸方向為Normal,符合左手定則,轉軸行程限制可設為-9999~9999。其余參數保持原有的默認值,不作修改(見圖3-125)。圖3-125機床第四軸參數設置

3.設定其他參數

對于SKY系統(tǒng)來說,大多數參數使用默認值即可,只需要對以下五項參數進行修改:

(1)在Program&ToolPath的Program頁面,將“ProgramStartSequence”程序頭中的“%”和“G40G17G90G71”這兩行去掉,加入兩個新的行“G54”和“SM03”。SKY系統(tǒng)在程序開頭不需要這兩行,而需要固定加工坐標系“G54”,保證主軸在工作時正轉的“M03S”。應注意這里“M03”和“S”的順序,默認順序是錯誤的,系統(tǒng)要求“M03”在“S”之前,后面再修改這個順序(見圖3-126)。圖3-126程序頭設定

(2)在Program&ToolPath的Program頁面,將“OperationStartSequence”程序頭中“AutoToolChange”自動換刀的所有行刪除。這種四軸雕銑機床沒有自動換刀功能,因此去掉自動換刀的指令。

(3)在Program&ToolPath的Program頁面,將“ProgramEndSequence”程序尾中的“%”行刪除,在“M02”前加入一行“M05M09”。程序尾同樣不需要“%”,同時確保程序運行結束后,主軸和冷卻關閉(見圖3-127)。圖3-127程序尾設定

(4)在Program&ToolPath的WordSequencing頁面,將“S”和“M03”的位置互換?；氐絇rogram&ToolPath的Program頁面的“ProgramStartSequence”中,可以發(fā)現“S

M03”行變?yōu)榱恕癕03S”,順序已經改變?yōu)榉舷到y(tǒng)要求的格式。

(5)在OutputSetting的OtherOptions頁面,將“N/COutputFilesExtension”改為“NC”。SKY系統(tǒng)默認讀取的加工程序后綴名為“.NC”(見圖3-128)。圖3-128輸出設定

能力測試

完成如圖3-129所示配合件的實體造型、自動編程及數控加工。圖3-129配合件圖3-129配合件

任務小結

本項目主要介紹了槽軸零件加工所要做的工作和需要學習的知識。重點內容為利用CAXA制造工程師2013軟件的放樣增量功能生成上圓下方的放樣體,并能用四軸平切面加工的方式完成槽軸零件曲面的自動編程工作。選擇刀具的過程中一定要注意圖形中凹輪廓的最小曲率半徑的值,球頭刀半徑要小于或者等于圖形中凹輪廓的最小曲率半徑,如果用大直徑刀具加工,則后續(xù)一定要用小直徑刀具進行清根。由于軟件自身精度的問題,要用直徑比槽寬小的刀具加工實體槽。項目四零件五軸數控加工任務一多面體零件的數控加工任務二葉輪的數控加工

任務一多面體零件的數控加工

一、學習目標知識目標(1)掌握五軸數控機床的特點、結構及分類等;(2)熟練掌握五軸數控機床的操作,包含程序輸入、對刀以及自動加工等;(3)能編制數控五軸加工零件的工藝文件;(4)熟練掌握五軸定軸銑(3+2)加工零件編程方法。

技能目標

(1)能利用制造工程師軟件編制五軸定軸銑加工零件的加工程序;

(2)能正確對刀并設置刀具參數;

(3)能操作五軸數控機床進行零件加工;

(4)能進行機床日常維護和保養(yǎng),并有環(huán)保意識和安全意識。

二、工作任務

(一)多面體零件的三維圖

多面體零件的三維圖如圖41所示。圖41多面體零件三維圖

(二)任務具體要求

多面體零件單件生產,毛坯為200mm×200mm×50mm的長方體,材料為硬鋁(也可不根據圖上材料要求結合自己現有的材料進行加工)。加工該零件的具體任務要求為分析零件圖,分析零件結構工藝特征,擬定零件機械加工工藝方案,編制工藝文件,編寫數控加工中心加工程序,在五軸數控機床上完成零件加工。

三、相關知識

(一)五軸數控機床簡介

1.五軸機床的分類

五軸機床一般為在普通三軸機床的基礎上附加了兩個旋轉軸。按照旋轉軸的類型,五軸機床可以分為三類:雙轉臺五軸、雙擺頭五軸和單擺頭單轉臺五軸。旋轉軸分為兩種:使主軸方向旋轉的旋轉軸稱為擺頭,使裝夾工件的工作臺旋轉

的旋轉軸稱為轉臺。

按照旋轉軸的旋轉平面分類,五軸機床可分為正交五軸和非正交五軸。兩個旋轉軸的旋轉平面均為正交面(XY、YZ或XZ平面)的機床為正交五軸;兩個旋轉軸的旋轉平面有

一個或兩個不是正交面的機床為非正交五軸。

2.五軸機床的三種典型結構

1)雙轉臺五軸

雙轉臺五軸的兩個旋轉軸均屬轉臺類,B軸旋轉平面為YZ平平面,C軸旋轉平面為XY面。一般兩個旋轉軸結合為一個整體構成雙轉臺結構(見圖42),放置在工作臺面上。

特點:加工過程中工作臺旋轉并擺動,可加工工件的尺寸受轉臺尺寸的限制,適合加工體積小、重量輕的工件;主軸始終為豎直方向,剛性比較好,可以進行切削量較大的加工。

圖42雙轉臺結構示意圖

2)雙擺頭五軸

雙擺頭五軸的兩個旋轉軸均屬擺頭類,B軸旋轉平面為ZX平面,C軸旋轉平面為XY平面。兩個旋轉軸結合為一個整體構成雙擺頭結構(見圖43)。

特點:加工過程中工作臺不旋轉或擺動,工件固定在工作臺上,加工過程中靜止不動。適合加工體積大、重量重的工件;但因主軸在加工過程中擺動,所以剛性較差,加工切削量

較小。

圖43雙擺頭結構示意圖

3)單擺頭單轉臺五軸

單擺頭單轉臺五軸的旋轉軸B為擺頭,旋轉平面為ZX平面;旋轉軸C為轉臺,旋轉平面為XY平面。單擺頭單轉臺結構見圖44。

特點:加工過程中工作臺只旋轉不擺動,主軸只在一個旋轉平面內擺動,加工特點介于雙轉臺和雙擺頭之間。

圖44單擺頭單轉臺結構示意圖

(二)五軸加工的優(yōu)點及應用

(1)三軸加工的缺點:

①刀具長度過長(見圖45),刀具成本過高。

②刀具振動引發(fā)表粗糙度問題。

③工序增加,多次裝夾。

④刀具易破損。

⑤刀具數量增加。

⑥易過切引起不合格工件。

⑦重復對刀產生累積公差。

圖45三軸加工刀具長度

(2)五軸加工的優(yōu)點:

①可有效避免刀具干涉,加工一般三軸數控機床所不能加工的復雜曲面(見圖46)。

②一次裝夾完成可加工出連續(xù)、平滑的自由曲面(五軸機床運動如圖47所示)。

③五軸加工時使刀具相對于工件表面可處于最有效的切削狀態(tài),避免了刀具(刀尖點)零線速度加工帶來的切削效率極低、加工表面質量嚴重惡化等問題。

④提高表面質量對于直紋面零件,可采用側銑方式一刀成型。

圖46五軸加工刀具長度

圖47五軸機床運動

⑤對一般立體型面特別是較為平坦的大型表面,可用大直徑面銑刀端面貼近表面進行加工。

⑥在某些加工場合,可采用較大尺寸的刀具避開干涉進行加工。

⑦可使用較短的切削刀具。

⑧符合工件一次裝夾便可完成全部或大部分加工的機床發(fā)展方向,并且能獲得更高的加工精度、質量和效率。

(3)五軸加工主要應用的領域:航空、造船、醫(yī)學、汽車工業(yè)、模具。

(4)應用五軸加工的典型零件:葉輪、渦輪、蝸桿、螺旋槳、鞋模、立體公、人體模型、汽車配件以及其他精密零件。

(三)五軸數控加工難點

(1)編程復雜、難度大、對使用者的CAM軟件應用水平要求高。

(2)熟悉機床結構及后處理,需要采用輔助的加工仿真優(yōu)化軟件。

(3)數控系統(tǒng)多采用Siemens840D和HeidenhainiTNC530等高檔數控系統(tǒng),需要全面掌握數控系統(tǒng)的各項功能。

(4)五軸加工和高速加工緊密結合。

①高速電主軸在模具自由曲面和復雜輪廓的加工中,常常采用2~12mm較小直徑的立銑刀,而在加工銅或石墨材料的電火花加工用的電極時,要求有很高的切削速度,因此,電主軸必須具有很高的轉速。

②高速加工中心或銑床上多數還是采用伺服電機和滾珠絲杠來驅動直線坐標軸,但部分加工中心已采用直線電機,這種直線驅動免去了將回轉運動轉換為直線運動的傳動元件,從而可顯著提高軸的動態(tài)性能、移動速度和加工精度。

③轉矩電機的應用。在高速加工中心上,回轉工作臺的擺動以及叉形主軸頭的擺動和回轉等運動,已廣泛采用轉矩電機來實現。轉矩電機是一種同步電機,其轉子直接固定在

所要驅動的部件上,所以沒有機械傳動元件,它像直線電機一樣是直接驅動裝置。轉矩電機所能達到的角加速度要比傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動高6倍,在擺動叉形主軸頭時加速度可達到3g。

(四)DMU80monoBLOCK五軸鏜銑加工中心簡介

DMU80monoBLOCK五軸鏜銑加工機床如圖48所示。圖48機床外觀

1.技術參數

DMU80monoBLOCK五軸鏜銑加工中心技術參數如下:

(1)行程:X=880mm,Y=630mm,Z=630mm;

(2)電主軸,HSK63刀柄;

(3)主軸轉速20~18000r/min;

(4)主軸功率35/25kW(40%/100%),扭矩119/85N·m(40%/100%);

(5)擺動主軸B軸,擺動范圍-120°~+30°,擺動速度35r/min,定位精度P=9arcs,Ps=6arcs;

(6)工作臺,回轉C軸。C軸回轉工作臺直徑700mm,360°回轉。最大承重650kg,工作臺轉速30r/min,旋轉精度P=10arcs,Ps=6arcs;

(7)最大刀具長度315mm,最大刀具直徑130mm,最大刀具重量8kg;

(8)最大可加工的工件尺寸:直徑=950mm,高度=780mm;

(9)直線軸(X、Y、Z)快移速度:30m/min;

(10)直線軸(X、Y、Z)最大進給速度:30000mm/min;

(11)定位精度:Pmax=0.006mm,重復定位精度:Psmax=0.004mm;

(12)三維海德漢iTNC530控制系統(tǒng),19″TFT彩色顯示器,帶SmartKey智能鑰匙,處理器PentiumIII或兼容,800MHz/512Kbyte,硬盤80G,具有電子手輪;

(13)具有紅外測頭,具有3D快速調整包以便快速恢復精度設置;

(14)具有ATC功能,即加工任務快速編程參數選擇,可根據實際加工階段需要在精度、表面質量和加工速度之間快速切換;

(15)32刀位刀庫;

(16)具有冷卻噴槍;

(17)具有電壓安全包;

(18)4色信號燈。

2.操作臺

顯示器及操作面板如圖49所示。

圖49顯示器及操作面板

3.顯示屏

顯示屏如圖410所示。圖410顯示屏

4.數控系統(tǒng)操作區(qū)

(1)數字鍵區(qū)。

(2)程序/文件管理,TNC功能。

(3)軌跡運動的編程。

(4)smarT.NC的導航鍵。

(5)刀具的說明。

(6)循環(huán)、子程序和程序段。

(7)特殊功能。

觸摸板如圖411所示。

圖411觸摸板

5.機床功能操作區(qū)

(1)機床運行方式。

(2)編輯員運行方式。

(3)軸運動鍵。

(4)功能鍵。

(5)主軸鍵。

6.確認鍵

確認鍵及SmartKey如圖412所示。圖412確認鍵及SmartKey

7.顯示屏上部

顯示器側邊欄如圖413所示。圖413顯示器側邊欄

(1)顯示窗口。通過ErgoLine機床控制面板左上方的三個鍵可以在兩個顯示窗口之間切換,并可以在窗口中選擇不同的顯示畫面。

(2)顯示畫面的類型。

①SmartKey

狀態(tài),如圖414所示。

圖414SmartKey狀態(tài)

②主軸信息,如圖415所示。圖415主軸信息

③問候畫面,如圖416所示。圖416問候畫面

8.運行方式選擇開關SmartKe

9.紅外線探頭

紅外線探頭如圖417所示。圖417紅外線探頭

(四)DMU80monoBLOCK五軸鏜銑加工中心操作

1.開機

2.關機

3.建立工件坐標系(即對刀)

1)創(chuàng)建刀具

將標準刀信息輸入到刀具表相關位置,創(chuàng)建該刀具,并將標準刀裝入刀庫。

利用相同的方式創(chuàng)建探頭,并裝入刀庫。需要注意的是探頭長度和直徑先設定為零,將刀具參數中對應的PLC參數設置為“00010100”。

2)探頭長度及半徑校正

(1)調用標準刀,設定工件坐標系C為0,利用標準刀及標準量塊標定工作臺上表面坐標為0。

(2)調出探頭,并在MDI方式下執(zhí)行M27指令。

(3)用千分表測探頭調動,如跳動超多5μm,則需要調整探頭,如未超過5μm,說明探頭可用。

(4)取下千分表,將探頭移動到距離工作臺上表面(注意探頭正對工作臺的地方應為平面)20~50mm處。依次點擊

即可測出探頭長度,將測出的探頭長度設定到刀具表中探頭對應的刀長位置處。將工作臺下降至安全高度。

(5)將標準環(huán)規(guī)放到工作臺上表面,并將探頭移動至環(huán)規(guī)中央,探頭高度低于環(huán)規(guī)上表面即可。依次點擊

即可測出探頭直徑,將探頭的半徑設定到刀具表中探頭對應的刀具半徑位置處。將工作臺下降至安全高度,并取下環(huán)規(guī)。

(6)在MDI方式下再次調用探頭。

3)Z軸及回轉中心校正

(1)熱機30min以上,X、Y、Z、B、C軸都要移動,主軸旋轉速度可控制在500r/min以下。

(2)調用標準刀,設定工件坐標系C為0,利用標準刀及標準量塊(也可用Z軸設定器等)標定工作臺上表面Z坐標為0。當工作臺上表面已經標定Z0時,可不需進行此步。

(3)將標定好的探頭移動至工作臺上表面30~50mm處,關上加工間門。

(4)進入MDI界面,點擊并點擊擴展鍵依次點擊系統(tǒng)彈出“389”循環(huán)。

(5)Z軸校正。

(6)C軸回轉中心校正。將測量鋼球裝入45°斜孔中,底座放置在工作臺行程范圍內,球的朝向為X軸負向,將探頭移動至鋼球正上方20~50mm處,如圖418所示。圖4183Dquickset

(7)B軸回轉中心校正。

4)對刀

四、任務實施

(一)多面體零件數控加工工藝文件編制

1.編制工序卡

編制多面體零件機械加工工藝過程卡,如表41所示。

2.編制數控刀具調整卡

編制多面體零件數控加工刀具調整卡,如表42所示。

3.編制數控銑削加工工序卡

編制多面體零件數控銑削加工工序卡,如表43所示。

(二)利用制造工程師2013構建多面體零件的3D模型

多面體線框的繪制步驟如下:

(1)單擊曲線工具中的“矩形”按鈕,在界面左側的立即菜單中選擇“中心_長_寬”方式,輸入長度為200,寬度為200,光標分別拾取坐標原點和坐標為(0,0,-100)的點,繪制兩個200×200的矩形,如圖419所示。

圖419繪制矩形

(2)單擊曲線工具欄中的“等距線”按鈕,在立即菜單中輸入距離為50,拾取上面矩形最左邊的一條邊,選擇X正方向箭頭為等距方向,生成距離為50的等距線,如圖420所示。圖420繪制等距線

(3)單擊曲線工具欄中的“直線”按鈕,選擇“兩點線”?“單個”?“非正交”,按圖421所示進行連接,其中A、B、C三點為直線的中點。圖421連線

(4)單擊曲線工具欄中的刪除按鈕,刪除沒用的線。剩余曲線如圖422所示。圖422刪除多余線段

(5)利用兩相交直線L1和L2、L3和L4分別創(chuàng)建坐標系1和坐標系2,如圖423所示。圖423創(chuàng)建坐標系

(6)單擊曲線工具欄中的刪除按鈕,刪除沒用的線。剩余曲線如圖424所示。圖424刪除多余曲線

(7)單擊曲面生成工具欄中的直紋面按鈕,按照圖425所示生成三個直紋面。圖425生成直紋面

(8)激活系統(tǒng)坐標系,以XY平面為草繪平面,繪制一個200mm×200mm的矩形,沿Z的負方向拉伸130mm后形成一個立方體,然后利用“曲面裁剪除料”的方式去除多余實體,最后刪除三個直紋面,結果如圖426所示。

圖426生成多面體

(9)選擇坐標系1的XY平面作為草繪平面,繪制一個50mm×50mm的矩形,并倒角,倒角半徑為15(倒角后要在倒角圓弧中點處進行打斷處理),定位位置在坐標系1中的坐標值為(0,45,0),結果如圖427所示。

圖427放樣體底面草圖

(10)用坐標系1的XY平面作為基準,沿坐標系1的Z軸方向做一個距離為30的基準面。以該基準面為草繪平面繪制一個