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彎管五軸銑削加工策略應(yīng)用
2021-10-20  來源:中航光電科技股份有限公司  作者:趙利
      彎管是一種特殊的零件,彎管加工分粗加工與精加工,一般精加工常常采用棒糖式刀具,目前市場上主流的編程軟件很少有彎管編程這個模塊,一般都要靠編程人員的加工經(jīng)驗進行拆分加工,效率低且容易出錯。我公司采用的編程軟件Cimatron E 13.0版本中新增加五軸彎管編程模塊,可快速編制彎管加工程序,使用方便,效率極高,現(xiàn)結(jié)合我公司幾種不銹鋼彎管加工實例,簡單介紹一下該編程模塊。

      1.零件分析

      我公司長加工的彎管結(jié)構(gòu)見圖1所示,材質(zhì)為不銹鋼,毛坯采用棒料加工。工件角度分為90°與135°兩種,外形兩端直線部分尺寸要求必保,內(nèi)腔過線要求圓滑過渡,不允許出現(xiàn)尖邊,高點,彎管外形及直線部分采用五軸銑加工完全能夠保證, 關(guān)鍵是內(nèi)腔如何做到光滑過渡,沒有接刀痕。

  
 圖 1 彎管結(jié)構(gòu)圖

      2.原來的加工方法

      最初的加工方法是:外形兩端直線部分五軸定位加工,中間曲面球頭刀加工,分兩次從孔口處開始加工所有內(nèi)腔,將內(nèi)腔曲面分割成幾段曲面,能采用三軸加工的盡可能采用三軸銑曲面加工,相交處R采用五軸航空銑,棒糖銑刀加工。加工完外形、內(nèi)腔以后片掉工件,下道工序以端面定位,調(diào)頭裝夾直線部分,銑外形剩余曲面,見圖2所示。
 
 圖 2原來的加工方法

      原方法存在的問題:

      (1)編程困難,程序驗證麻煩。將內(nèi)腔曲面分割成幾段,里面有三軸銑,也有五軸銑,加工質(zhì)量及效率要靠編程人員技能保證。程序驗證時采用VERICUT軟件仿真,但只能檢測嚴重的碰撞與過切,加工后產(chǎn)生的接刀痕及尖邊等細節(jié)部位無法檢查,并且因機床誤差及裝夾誤差的存在,多軸銑削后的接刀問題是仿真軟件無法解決的,只能靠編程人員的經(jīng)驗,手動修改、補償 ,以最終加工出的產(chǎn)品實物為依據(jù)。

      (2)加工出的內(nèi)腔不光滑,多次接刀避免不了尖邊。多次設(shè)想采用棒糖刀一次加工出所有內(nèi)腔曲面,因沒有合適的加工測量,產(chǎn)生的加工軌跡不合適而作罷。工件加工完成后添加鉗工拋光工序,由鉗工對內(nèi)腔相關(guān)處R角進行打磨,消除接刀。因工件材質(zhì)為不銹鋼,鉗工加工費時費力,經(jīng)常出現(xiàn)尖邊打磨不到位,割傷導(dǎo)線等問題。

      這種加工方法不僅效率低,而且要靠人工來保證工件關(guān)鍵尺寸,受工人個體差異及情緒影響,造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

      3.新加工方法的研究

      通過分析,原來采用的加工方案并無多大問題,問題主要出現(xiàn)在編程上,簡單的說就是加工內(nèi)腔時沒有一種加工策略可以采用棒糖刀一次精加工所有內(nèi)腔曲面。

      去年,我公司編程軟件進行升級,由Cimatron E 10版本升級為E 13.0版本,在五軸加工模塊中增加了彎管銑削策略,見圖3所示。

 圖 3 彎管銑削策略

      我們希望通過該策略可以實現(xiàn)彎管內(nèi)腔一次銑削到位,實現(xiàn)內(nèi)腔沒有接刀的問題。首先我們先了解該策略中的四種銑削模式,兩種粗加工模式,兩種精加工模式,圖4是各種模式加工刀具軌跡。通過軌跡對比,我們首先排除使用粗加工模式,因棒糖刀加工能力有限,不適合不銹鋼件的開粗,最多采用二次開粗對相貫處R去小部分余量。兩種精加工模式,根據(jù)產(chǎn)品特點,采用精加工繞的模式更適合彎管內(nèi)腔加工,加工策略定下后,我們測試了產(chǎn)品整個精加工軌跡是否滿足要求。

 圖 4 彎管銑削加工模式

      通過對彎管銑削模式的進一步探索,我們彎管精加工編程非常簡單、方便,只需要點選好加工部位,干涉檢查設(shè)置恰當,設(shè)置好切削參數(shù)就行。并且該加工模塊還有兩個我個人認為非常有用的設(shè)置單元,一個是加工區(qū)域設(shè)置,一個是加工角度限制。

 
 圖 5 加工區(qū)域設(shè)置及加工角度限制

      簡單介紹一下,為什么我覺得這兩個參數(shù)重要。首先,加工區(qū)域設(shè)置,第一行選項:“輸出類型”。里面有三種設(shè)置,頂部,底部,兩者,選頂部,刀具軌跡的輸出是從頂部開始,直至干涉檢查起效果后不再向下加工,一般情況下,彎管的內(nèi)腔精加工從頂部輸出后能加工絕大部分內(nèi)容,只剩下一小部分加工不到位,需要再設(shè)置一個從底部的加工策略,根據(jù)我們的使用經(jīng)驗,一般不建議選“兩者”,這樣軟件會自動幫你選擇頂?shù)椎妮敵鲰樞颍?因是五軸加工,要考慮機床安全性,設(shè)置為“兩者”,不僅要考慮編程時的安全高度,還要看后置文件的安全設(shè)置處理是否合理,假如與一個安全設(shè)置不合理就會出現(xiàn)撞機事故,不如重新設(shè)置一個底部加工策略,讓刀具回到安全點后再加工,從編程合理性考慮更優(yōu)化一些。

      加工角度限制設(shè)置,五軸編程大家都了解,編程時要盡可能控制機床的擺動幅度及頻次,不僅更安全,而且加工出來的工件質(zhì)量更好,更穩(wěn)定。例如,加工90°的彎管,從頂部輸出不用設(shè)置角度限制,只要設(shè)置好干涉檢查就行。但從底部輸出時,我們一般將Z軸角度設(shè)置為100°以內(nèi),假如底部輸出的角度限制可以滿足加工完所有曲面,那么我建議將Z軸角度限制盡可能改小,這樣機床擺動幅度較小,更有利于干涉檢查機加工效率。

      其它設(shè)置包括“干涉檢查”與“連接”,按正常加工經(jīng)驗設(shè)置就好,沒有什么需要特別強調(diào)的。

      解決完彎管的精加工程序后,再簡單介紹一下我們粗加工彎管內(nèi)腔的一點經(jīng)驗。剛才已經(jīng)跟大家介紹了,不建議直接采用彎管粗加工策略,我們的加工方案是,先加工完外形,再選用合適的鉆頭分別從頂?shù)足@孔去余量,才分別從兩端體積銑去余量,這樣只剩下相貫處R還有部分余量,這時還不能直接用棒糖刀精加工,余量還是有點大,這樣不但加工效率低,還容易斷刀,再使用切削能力較好的球頭刀進行半精加工,主要是去除相貫處R處余量,這樣,內(nèi)腔曲面余量就均勻一致了,再使用棒糖刀進行精加工就可以完美解決彎管的加工問題了。圖6是開粗示意圖,圖7是加工后的產(chǎn)品效果圖。

 圖 6 臺階鉆孔去余量,采用球頭刀去除相貫處R余量

 圖 7 加工過程及加工后效果圖

      6.結(jié)語

      Cimatron編程軟件新增加的這個彎管銑削模塊,對彎管類零件內(nèi)腔的精加工是非常有效的,刀具軌跡簡潔,安全檢查方便,參數(shù)設(shè)置豐富實用,結(jié)合合理的粗加工策略,順利完成了我公司各類彎管零件的加工,不僅保證了產(chǎn)品質(zhì)量,而且提高了加工效率,降低了生產(chǎn)成本,為今后類似結(jié)構(gòu)零件的加工提供了新思路。
 
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