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浮雕加工中四轴包裹加工策略的运用

时间:2019-11-07 10:31作者:年得君 孙耀恒 孙护义
本文导读:这是一篇关于浮雕加工中四轴包裹加工策略的运用的文章,多轴加工是指数控设备至少具备第四轴,并可以同时联动加工。主要用于复杂类零件的加工,加工精度高,可以在一次装夹中完成多面多方位加工,能提高零件的加工精度,避免刀具发生干涉、欠切和过切现象。

  一、引言

  多轴加工是指数控设备至少具备第四轴,并可以同时联动加工。主要用于复杂类零件的加工,加工精度高,可以在一次装夹中完成多面多方位加工,能提高零件的加工精度,避免刀具发生干涉、欠切和过切现象。四轴包裹加工不仅可以完成简单的柱面螺旋槽、凸轮槽等特征,还可以完成复杂曲面特征加工。无需进行柱面特征建模,以柱面展开图即可完成加工,操作简单,使多轴编程更简单。
 

浮雕加工中四轴包裹加工策略的运用
 

  二、包裹加工思路

  1、圆柱凸轮包裹加工

  以圆柱凸轮加工为例,编程思路,首先绘制凸轮展开图,在展开图中生成二维平面轮廓刀路路径,再将二维刀路包裹在圆柱面上。圆柱凸轮展开图绘制,如图1所示,图纸已给出凸轮外形尺寸,需计算圆柱展开长度L,L=3.141 6×115=361.284,再用展开长度L除以360得出1?对应的弧长1.004,根据给定角度,绘出圆柱凸轮展开图。如图2所示利用展开的平面图生成二维平面轮廓刀具路径,再用四轴包裹加工策略将二维刀路包裹在被加工圆柱上。

  图1 圆柱凸轮零件图
图1 圆柱凸轮零件图

  图2 圆柱凸轮四轴包裹刀轨
图2 圆柱凸轮四轴包裹刀轨

  四轴柱面包裹加工参数设置如图3所示,四轴包裹加工不仅可将二维刀路包裹在圆柱面上,也可包裹在圆锥面上。参数对话框中“圆锥面定义”需要指定圆柱面的底面中心点,本例中以世界坐标系原点为圆柱面底面中心点。“轴向”需根据机床结构指定,选择“X轴正方向”设置柱面半径及高度。“平面包裹轨迹”拾取将要包裹的刀具轨迹并指定刀具轨迹基点,“最大点距”用于控制二维刀具轨迹包裹在圆柱上的精度,精度范围0.01~10之间。“圆锥面上的基点偏移”包裹后的四轴刀具轨迹可沿轴向平移,绕轴线旋转。

  图3 四轴柱面包裹加工参数
图3 四轴柱面包裹加工参数

  2、浮雕包裹加工

  四轴包裹加工不仅用于简单的柱面螺旋槽加工,更适用于复杂柱面建模的加工对象。如图4所示,以八骏图浮雕加工为例,说明四轴包裹加工在浮雕加工中的应用。将平面的八骏图雕刻在圆柱面上,无需进行柱面建模,用三轴刀具轨迹进行四轴包裹加工,即可完成四轴浮雕加工。加工工艺为粗加工、残料加工和精加工,毛坯材质为铝合金。

  加工所需刀具及加工参数如表1所列,粗加工选择φ6立铣刀粗加工,粗加工为三轴等高粗加工策略并留0.3mm的精加工余量。生成三轴等高粗加工刀具轨迹如图5所示,并将三轴粗加工刀轨包裹在φ115的圆柱面,如图6所示,进行四轴包裹加工时注意坐标轴方向。

  图4 八骏图三维浮雕图
图4 八骏图三维浮雕图

  图5 三轴粗加工轨迹
图5 三轴粗加工轨迹

  图6  图包裹后的粗加工轨迹
图6  图包裹后的粗加工轨迹

  粗加工结束后,选择较小的刀具完成小区域残料加工,复制粗加工策略并留0.3mm的精加工余量,参考粗加工刀具,生成残料粗加工轨迹如图7所示,选择残料加工轨迹,包裹参数默认上次即可,将残料刀具轨迹包裹在圆柱面,如图8所示。

  表1 刀具切削参数表
表1 刀具切削参数表

  图7 三轴残料粗加工轨迹
图7 三轴残料粗加工轨迹

  图8 包裹后的残料粗加工轨迹
图8 包裹后的残料粗加工轨迹

  完成粗加工和残料粗加工后,选择三轴扫描线精加工策略,为了获得更好的表面加工质量,扫描角度设置为45?完成扫描精加工后,生成精加工轨迹如图9所示,选择扫描线精加工轨迹,包裹参数默认上次即可。将精加工刀具轨迹包裹在圆柱面如图10所示。

  图9 三轴精加工轨迹
图9 三轴精加工轨迹

  图1 0 包裹后的精加工轨迹
图1 0 包裹后的精加工轨迹

  三、后处理及加工

  将四轴包裹加工轨迹进行后处理,生成的加工代码导入Vericut软件中进行验证。在多轴加工,避免在加工过程中发生干涉和碰撞等问题,必须进行仿真验证加工代码。Vericut多轴仿真可进行程序优化和加工精度分析,仿真加工如图11所示,实际加工如图12所示。

  图1 1 仿真加工
图1 1 仿真加工

  图1 2 实际加工
图1 2 实际加工

  四、结论

  本文详细介绍了CAXA制造工程师四轴包裹加工策略在多轴数控加工中的应用,以八骏图浮雕加工为例,从简单的圆柱凸轮加工为例,详细介绍了四轴包裹加工策略的参数设置,进一步将包裹加工策略应用到复杂柱面浮雕加工中。并将加工文件输出至Vericut中验证,四轴包裹加工代码符合加工要求,解决了轴面建模难题,发挥多轴加工优势,有一定的借鉴作用。

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