大型雕塑曲面零件五軸聯(lián)動(dòng)銑削加工

發(fā)布日期:2013-09-05    蘭生客服中心    瀏覽:5561

  大型雕塑曲面零件的加工,多采用傳統的“砂型鑄造→手工鏟磨→立體樣板檢查”的工藝方法加工,由于立體樣板制造精度較低以及其幾何變形的影響,使該類(lèi)曲面零件的加工精度難以提高。

  隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展,使CAD/CAM技術(shù)有了長(cháng)足的進(jìn)步,出現了五軸聯(lián)動(dòng)數控鏜銑床和一些優(yōu)秀的CAD/CAM軟件,其中SDRC/CAMAND軟件在五軸聯(lián)動(dòng)數控加工編程方面比較靈活。目前對大型雕塑曲面零件的加工,以采用大直徑面銑刀沿曲面參數線(xiàn)方向進(jìn)行加工為最佳加工方式,這種加工方式具有加工精度和加工效率高,零件表面質(zhì)量較好以及刀具切削狀態(tài)優(yōu)等特點(diǎn)。

  一、雕塑曲面的三維造型技術(shù)

  為了完成對曲面的數控加工編程,首先需要在計算機上造型出曲面的三維模型。雕塑曲面的設計數據通常以點(diǎn)陣數據描述,而曲面點(diǎn)陣數據的來(lái)源主要有兩種方式:一種是通過(guò)設計手段,由設計人員根據產(chǎn)品的設計理論,通過(guò)計算得到這種點(diǎn)陣數據,其又常常是按一定規則有規律給出,三維造型相對容易;另一種是通過(guò)對手工制作的木模原型或者實(shí)物,采用三維測量?jì)x器測量得到曲面的點(diǎn)云數據,這類(lèi)數據點(diǎn)陣分布沒(méi)有準確的規律,曲面三維造型相對較難。所以,根據曲面原始數據點(diǎn)陣的不同情況,雕塑曲面的三維造型可分為規則點(diǎn)陣的曲面造型和不規則點(diǎn)陣的曲面造型。

  1、規則點(diǎn)陣雕塑曲面的三維造型

  規則點(diǎn)陣雕塑曲面是指曲面點(diǎn)陣數據嚴格按照一定規律給出。通常,曲面數據點(diǎn)陣分為若干條參數樣條線(xiàn)節點(diǎn)數據,三維造型則采用NURBS曲面造型來(lái)完成所需雕塑曲面。下面描述在SDRC/CAMAND軟件中的造型步驟。

  (1)把雕塑曲面原始點(diǎn)陣數據用“Pointset”功能生成點(diǎn)集(Pointset),注意應該按照每個(gè)參數樣條生成獨立的點(diǎn)集。

  (2)利用“B-Spline”功能,選擇使用“Thru Points”和“Non-uniform”參數,然后直接選取所對應的各樣條點(diǎn)集,生成構造曲面所有的參數樣條。

  (3)采用“Modeling”的“Surface”功能,執行“Lofted Surface”子功能,按一定順序選擇每條樣條曲線(xiàn)后,點(diǎn)擊確認,生成該雕塑曲面。

  2、點(diǎn)云數據雕塑曲面的三維造型

  點(diǎn)云曲面數據是指曲面點(diǎn)陣數據不是精確地按照一定規律給出,無(wú)法先生成出樣條曲線(xiàn)后,再造型曲面來(lái)得到較好的此類(lèi)雕塑曲面模型。因此只有采用“點(diǎn)云數據造型曲面”功能,而在CAMAND中還沒(méi)有類(lèi)似功能,實(shí)踐中我們借助I-DEAS中的“Fit Points to Surface”功能,把點(diǎn)云生成曲面,然后在I-DEAS軟件中轉換為CAMAND文件格式,以其作為數控編程用模型。

  二、大型雕塑曲面數控加工工藝的設計

  在實(shí)際生產(chǎn)制造中,要實(shí)現對大型雕塑曲面零件的五軸聯(lián)動(dòng)數控加工,首先應解決曲面零件的裝夾找正方案,考慮如何確定工件零點(diǎn)、對刀點(diǎn)、加工用刀具方案以及詳細的加工順序等。

  1、大型雕塑曲面數控加工的裝夾找正原則

  對于一般大型雕塑曲面零件來(lái)說(shuō),其裝夾找正有一定的規律可循,所以經(jīng)過(guò)分析,大型雕塑曲面可以分為兩大類(lèi),其裝夾找正原則如下。

  如果雕塑曲面零件上有平面、圓柱面等特征基準面,則采用該平面的等特征面作為裝夾找正基準,這樣可簡(jiǎn)化找正過(guò)程,提高裝夾找正效率,保證曲面找正精度。

  如果雕塑曲面全部由雕塑曲面組成,沒(méi)有確定的基準,那么一般在曲面零件上鑄造或焊接上找正平面塊、銷(xiāo)孔或基準銷(xiāo)等輔助找正基準,利用大型曲面的三維測量技術(shù)手段,以及利用計算機軟件適配技術(shù)得到毛坯余量分布情況,來(lái)指導雕塑曲面零件的找正。

  當然,這兩種方式是以首先確定大型雕塑曲面零件的基準,而后數控加工程序以找正基準進(jìn)行加工為指導思想。如今,有的廠(chǎng)家也有另一種工藝方式。對于無(wú)確定基準的大型雕塑曲面,將其直接自由放置在機床工作臺上,裝夾可靠后對曲面按一定網(wǎng)格分布進(jìn)行測點(diǎn),然后將測點(diǎn)數據再處理,找出曲面在自由空間的位置關(guān)系,確保曲面的加工余量,調整加工坐標系,對數控加工程序進(jìn)行轉換,最后再返回機床完成對此零件的加工。這種工藝方式,最大的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需確定的基準進(jìn)行裝夾找正,零件自由放置。但從另一方面來(lái)說(shuō),這種工藝方式,增加了機床加工輔助時(shí)間,處理的數據較多,也給生產(chǎn)組織帶來(lái)了困難。

  2、大型雕塑曲面零件的數控加工刀具選擇

  對于大型雕塑曲面零件的五軸聯(lián)動(dòng)數控加工用刀具,以采用大直徑面銑刀加工為佳。目前比較著(zhù)名的刀具制造商有Sandvik、Ingersoll、Kennametal、Seco等,其中Sandvik的CoroMill 200系列圓刀片面銑刀,特別適合雕塑曲面零件的半精加工和精加工;Kennametal公司的220/221系列刀具具有耐沖擊和剛性好等優(yōu)點(diǎn),適合粗加工快速大吃刀量加工。選擇刀具的直徑應根據雕塑曲面零件的曲率大小來(lái)確定,原則是刀具半徑應該小于雕塑曲面凹曲面的最小曲率半徑,但也不宜太小,否則將使加工效率降低。對于曲率半徑變化太大的雕塑曲面零件,也可以把整個(gè)零件劃分成不同區域,選擇不同直徑的刀具,以提高加工效率。

  三、五軸數控加工刀位計算和仿真

  雕塑曲面零件的五軸聯(lián)動(dòng)數控加工刀位計算方式在CAMAND軟件中有INTERP(插值)、NORMAL(法向)、TILT(傾斜)和TANGTO(切向)等多種方式,但對于大型雕塑曲面零件,最常用的是以TILT方式來(lái)加工,這種加工方式加工時(shí)的刀具軸和切削點(diǎn)曲面法矢成一定的前后傾角(Lead/Lag Angle)或側傾角(Right/Left Angle)。

  1、五軸聯(lián)動(dòng)數控加工刀位計算

  在CAMAND軟件中,用TILT方式加工雕塑曲面零件,其刀位計算過(guò)程:首先選擇“Numerical Control”的“Flowline Surfaces”功能,“Flowline Surfaces”這種加工方式實(shí)際上就是沿曲面的參數線(xiàn)方向加工;其次設定刀位名稱(chēng)(可用“New” 或“Rename”功能),選擇加工坐標系和起刀點(diǎn),再輸入相應的刀具參數(刀具直徑、刀具長(cháng)度、切削刃形狀尺寸、切削參數等),設置好進(jìn)出刀參數,選擇干涉檢查曲面及設定參數后,再點(diǎn)擊刀位計算功能,選擇加工曲面并定義切削方向以及刀軸控制方式TILT方式,一般設置加前傾角,即沿切削方向前傾一個(gè)2~10°的角度;最后完成該曲面的五軸聯(lián)動(dòng)加工刀位計算。

  2、切削仿真和機床仿真

  對于大型雕塑曲面零件,由于毛坯造價(jià)高,而且為了機床、刀具和工裝的安全,在五軸聯(lián)動(dòng)數控加工刀位計算完成后,必須進(jìn)行切削仿真和機床仿真,檢查刀位的正確性,最后得到的加工程序能用于實(shí)際生產(chǎn)制造。在CAMAND軟件中,有一套簡(jiǎn)單的切削檢查和機床仿真,可滿(mǎn)足普通仿真要求。如果需要更精確地仿真工具,則應采用更專(zhuān)業(yè)的CGTech公司的Vericut軟件。該軟件不但可進(jìn)行切削仿真和機床仿真,而且還有可以?xún)?yōu)化刀位軌跡等特點(diǎn)。在這里僅簡(jiǎn)單描述在CAMAND軟件中的仿真。

  對于五軸刀位的切削仿真,可檢查和修正刀具在前序五軸刀位計算中的過(guò)切現象。一般,首先把被加工面渲染著(zhù)色,然后用“Simulation”功能對刀位逐步模擬并檢查刀具的干涉情況,若有過(guò)切和碰撞發(fā)生,就必須重新計算或修改刀位。對于機床仿真,我們主要檢查NC銑頭(大型五軸龍門(mén)鏜銑床多是兩軸NC銑頭方式)與工件、夾具的干涉情況,因此,可以根據實(shí)際機床NC銑頭形狀及尺寸建立NC銑頭的三維模型,然后利用“Simulation”功能再加上NC銑頭進(jìn)行機床仿真,可以檢查出NC銑頭、刀具與夾具、工件的干涉情況。

  四、五軸刀位的后置處理

  在完成曲面的五軸聯(lián)動(dòng)加工刀位計算后,還需通過(guò)后置處理技術(shù)來(lái)完成中間刀位文件轉換成數控機床能識別的G代碼程序。在CAMAND中的刀位文件是以刀尖點(diǎn)坐標和刀軸矢量給出,那么后置處理就必須把刀位數據轉換成X、Y、Z、B、C坐標值。根據特定機床的數控系統和機床參數(如各坐標軸行程,最大進(jìn)給速度、轉速等)設計后置處理器,然后利用CAMAND的Main NC 中的后置處理功能,把五軸刀位數據轉換為機床數控系統可執行的G代碼程序。

  大型雕塑曲面零件的五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)可以有效解決這類(lèi)零件加工精度和加工效率之間的矛盾,這種技術(shù)涉及到計算機輔助三維曲面造型,計算機輔助制造及機械加工工藝技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)。

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