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五軸聯動加工中心的加工案例分析

時間:2017-07-20 15:52來源:山東海特數控機床
  如今在各個領域內的產品往往有著十分復雜的形狀和結構,比如航空、航天產品等,這是由力學性能要求所決定的;另外,在民用產品方面,比如玩具、裝飾品等,也有著十分怪異的形態,這是因為人們的需求逐漸趨向個性化,這樣就可以在各個領域內有效應用五軸聯動加工中心數控加工技術。相較于傳統的加工技術,本技術有著很大的優勢,裝卡一次,就可以對復雜零件的多個表面進行加工,不僅可以擁有較高的精度,效率也很高。
  1.五軸加工中心的程序編制
  相較于三軸加工中心,五軸加工中心具有一系列的不同,在過去三軸加工的條件下,工件坐標系中,有著固定的刀具軸線, 而在如今五軸加工的條件下,可以結合具體情況來改變刀具軸線。在控制刀具軸線的時候,需要保證加工質量,提高切削效率。那么,我們就可以了解到優化刀具姿態就是五軸加工的關鍵。一般有三種刀具軸線控制方式經常會被用到,分別是與加工表面平行、垂直以及傾斜。在五軸加工中,*經常用到的控制方法其實還是傾斜于加工表面,在一些特殊情況下,會用到與加工表面平行和垂直的方式。加工的曲面如果比較復雜,為了避免有刀具、工件以及夾具等干涉問題的出現,往往會對角度進行改變,并且對數控程序進行優化。
  一般按照這樣的步驟來編制五軸程序:
  一是結合模型來對切削策略進行定義,在多軸加工中,比較經常用到的方式是可變軸輪廓銑,將驅動點合理生成于驅動幾何體上,然后沿著設定的矢量向零件模型上映射驅動點,這樣刀位軌跡就可以自動生成。我們在對刀位軌跡生成質量進行判斷時,主要依據的是刀位軌跡的長度來進行,同時,還需要將刀軸的方向變化情況充分納入考慮范圍。
  二是刀軸控制方式:刀軸控制方式切削加工,相較于三軸固定輪廓銑,本方法可以自由控制刀具軸線矢量??梢越Y合具體情況來對驅動方法進行選擇,不僅可以從面進行,還可以從點和線來進行,不管采用哪種驅動方法,都需要不能太過急促的改變刀具軸線,否則就會對切削載荷產生影響。
  三是合理選擇切削參數:在選擇切削參數的時候,需要綜合考慮,將加工系統中的每一個因素充分納入考慮范圍,其中,影響*大的方面是刀具和工件。首先要確定加工對象,對加工對象的大小以及工件形狀等進行分析,然后依據選用的刀具,對切削參數等進行合理選擇,比如刀具材料、直徑等,之后還需要對其他的各種參數進行深入選擇,比如機床轉速、刀具切深等等。
  2五軸聯動加工中心的加工案例
  在本加工案例中,選擇的是某種小轎車的汽車模型,經過一次裝卡,加工全部完成。具體來講,從這些方面來進行分析:
  本小轎車的尺寸為450mm×290mm×220mm,加工曲面比較的復雜,將代木設置為加工材料。在本轎車模型的加工中,主要需要注意這些方面,首先是如何*好的控制五軸聯動加工中心加工中的刀軸,如何保證那些非連續復雜曲面的加工精度;其次,采用合理方法來制作驅動曲面,生成五軸聯動以及固定五軸的加工程序。在本次加工中,選用的是我國某公司自主研發和生產出來的五軸聯動加工中心,本汽車模型有著較為復雜的加工曲面,還需要加工一些倒扣面,可以將五軸聯動加工技術的特點充分體現出來。如果采用三軸加工中心,是無法滿足使用需求的。在數控系統方面,依然選用我國某公司自主研發和生產的高檔網絡數控系統,可以非常有效的控制多軸聯動機床。并且,選用的本網絡數控技術對多軸聯動加工的關鍵性控制技術也進行了改進,可以*好的擴展控制軸,系統對皮米插補功能以及其他的補償功能也進行了改進;此外,本系統還具有其他的一系列功能,比如在加工過程中,可以對擺軸長度進行合理設定;可以進行前瞻控制;另外,本數控系統還結合了windows系統,這樣數控系統的專用性才可以得到提高。同時,*好的設計了軟件的界面,可以對五軸加工過程進行*好的模擬顯示。在卡具選用方面,也需要引起人們的重視,特別是工件的裝卡位置,選擇對了位置,才可以促使操作人員*好的裝卡。我們在裝卡的時候,選擇的是強力拉緊螺釘,這樣在專用卡具上就可以牢牢的固定小轎車,可以*加可靠的進行加工。
  合理選用加工刀具以及刀柄,在本加工案例中,通過對汽車模型加工要素和加工精度等進行綜合分析,需要用3把刀具完成加工。分別選用r4圓角的Φ16立銑刀;Φ6整體硬質合金球刀;Φ10r1的整體硬質合金銑刀。刀柄選用熱膨脹結構刀柄,夾持刀具就可以*加的精準,保證在高速旋轉時刀具的動平衡,并且回轉精度也不會受到影響。這樣,切削加工的精度就可以得到顯著提高,獲得*加好的工件表面,并且在切削過程中,刀具的受力狀態也可以得到顯著改善。
  在CAM軟件中后置設置方面:
  一是制作驅動曲面,上文我們已經提到,在多軸編程中,首先是依據相關策略,促使驅動點合理生成于驅動曲面,然后采取合理的投影方法,向被加工的工件表面上投影這些生成的驅動點,依據某些規則來促使刀具路徑自動生成。在多軸加工中,可以結合具體情況來改變刀軸的軸線方向,這樣就可以有效加工復雜曲面。我們需要注意的是,被加工曲面的加工效率以及精度等都會受到驅動曲面的影響,因此,一定要科學合理的制作驅動曲面,盡量制作的簡單一些,不能過于復雜。
  二是編制數控加工程序:首先是編制粗加工程序,利用加工模塊中的固定五軸來編程小汽車模型,促使工具加工可以從各個方向來進行,并且完成了粗加工之后,可以取出小轎車的大面積材料。其次,編制半精加工程序,我們在半精加工小轎車時,采用的是多軸加工―連續五軸,將工件的殘留量給去除掉。然后是編制精加工程序,在精加工小轎車各個區域時,我們采用的是Φ6球刀,這樣不僅加工精度可以得到保證,還可以有效提高加工效率和加工質量。然后我們結合具體的操作要求,來對驅動曲面的驅動方向、參數以及其他的各個方面進行合理設置,比如切削方式、切削參數、非切削參數等等。其他的參數則是依據相關的規定,來對加工程序進行合理編制。一般來講,在五軸聯動的編程中,很難采用手工編程的方式需要大量的數學計算,借助專業的軟件來進行自動編程。*后,在編制多軸程序時,非常重要的一個方面就是控制刀軸,同時,這樣方面也存在著較大的難度,它會對工件加工的精度以及質量等諸多方面產生直接影響,因此需要引起人們足夠的重視。在本加工案例中,刀軸的變化主要是利用驅動曲面來實現的。
  在建造多軸后置處理方面,后置處理有著十分大的作用,因為我們采用的CAM軟件在計算工件的刀具路徑時,并沒有考慮工件的變化,結合工件上等待加工的空間點,來在工件上轉動刀具。在后置處理時,結合機床結構以及具體的運動關系,來對刀具路徑進行數據轉換,之后將其轉換為相應的合適的程序代碼。要想進行多軸程序的后置處理,就需要構造一個后置處理,保證構造的這個后置處理和加工中心有著相同的結構,并且和數控系統的指令格式以及運行特點等也是符合的。那么,在構造后置處理時,需要對加工中心的結構充分了解,并且將數控系統的運行特點以及指令格式等充分納入考慮范圍,,完成構造之后,將其合理保存。通過自動編程將刀位程序編制好之后,需要進行轉換,一般將其轉換為標準G代碼,這樣才可以被加工中心所讀取。這些工序完成之后,就需要校驗這些程序,因為本系統具有模擬顯示的功能,那么就可以在軟件中建立一個五軸聯動加工中心,它和實際結構有著相同的轉臺,其他方面也都是相同的,按照實際的位置將汽車模型放進去,就可以進行模擬加工。
  五軸聯動加工中心實際加工:在轉臺上合理安裝夾具,轉臺的旋轉中心和夾具的回轉中心重合,然后在夾具上安裝汽車毛胚。結合編程時確定下來的加工原點,來設定刀具,然后就可以進行機床的操作。不管是粗加工,還是精加工,都需要嚴格依據確定下來的工藝參數來進行。在加工過程中,連續擺動擺動軸,控制其擺動范圍,同時,轉動回轉軸,配合直線軸,來對那些倒扣的曲面進行加工。
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