型腔数控加工工艺

2024-07-18

型腔数控加工工艺（共7篇）

型腔数控加工工艺篇1

电火花加工是与机械加工完全不同的一种工艺方法, 由于电火花加工有其独特的优越性, 再加上数控水平和工艺技术水平的不断提高, 其越来越多地被应用于各种难加工材料、复杂形状零件和有特殊要求零件的制造中, 成为常规切削、磨削加工的重要补充和拓展。电火花加工主要有以下5点优势: (1) 适合于难切削材料的加工。 (2) 可以加工特殊及复杂形状的零件。 (3) 易于实现加工过程的自动化。 (4) 可以改进结构设计, 改善结构的工艺性能。 (5) 脉冲放电持续时间短, 放电时产生的热量传导范围小, 材料受热影响范围小。

机械零件一般会采用键槽、型腔等结构来满足其装配或使用要求。通常情况下机械加工可以满足型腔、窄槽的尺寸要求, 但在刀具无法清根、零件的特殊结构导致刀具与零件产生干涉等情况下, 电火花成型加工就是一种不错的选择。

1 零件结构及尺寸精度分析

1.1 零件尺寸及结构简介

以零件034302为例, 该零件外形尺寸及结构见图1, 零件槽宽尺寸公差严格, 槽底面需要两处清根 (R0.508±0.127) , 槽口两处尖边需要倒圆角 (R0.76±0.254) 。由于零件外径小, 若刀具沿零件径向加工将与零件产生干涉, 若刀具沿轴向方向加工, 清根会比较困难。因此机械加工方法并不适合键槽的加工, 根据工厂现有设备、资源、技术人员情况, 选用了电火花成型加工工艺方法。

1.2 零件表面质量分析

在加工零件034302前, 采用与程序相同的加工参数加工与零件同材质的试片, 加工后送理化实验室检测, 结果显示电火花成型机加工出的试片的所有冶金特性均满足图纸要求, 最大重熔层厚度≤0.025mm, 表面粗糙度也能够满足图纸的要求。

2 键槽加工工艺方法分析及制定

2.1 多电极更换加工法

多电极更换法是采用分别制造的粗、中、精加工用电极依次更换来加工同一个型腔。先用粗加工电极去除大量金属, 然后再换半精加工电极完成粗加工到精加工的过渡, 最后用精加工电极进行精加工。每个电极加工时, 必须将上一规准的放电痕迹去掉。一般用两个电极进行粗、精加工就可以满足要求。半精、精加工用电极进行加工, 必要时还要采用多个精加工电极来修整精加工的电极损耗。这种方法的优点是仿形精度高, 尤其适用于尖角、窄缝多的型腔加工。

在电火花成型加工中, 以加工槽宽尺寸为例 (见图2) , L槽宽=L电极宽度+2×L单边放电间隙。在电规准和电极材料固定的情况下, 电加工每种材料的放电间隙 (即L单边放电间隙) 理论上是相同的, 因此当采用多电极更换法时, 如果零件尺寸 (即L槽宽) 精度要求较高, 精加工电极 (即L电极宽度) 尺寸精度要求就会高, 那么电极的加工难度和成本自然会增加。其缺点就是需要用精密机床制造多个电极, 另外电极更换时要有较高的重复定位精度, 需要附件和夹具来配合。

以加工零件034302的电极为例, 该电极的精度以工厂现有的条件只有使用线切割慢走丝机床或铣加工方法才能够达到, 但铣加工圆角R1.062清根困难, 而利用慢走丝机床加工又会延长加工周期。由于该零件为小批量生产, 零件定单价格又不高, 如果选用多电极更换法进行加工, 就涉及到粗、精电极更换和重复定位、电极夹具制造等诸多问题, 制造成本会成倍增加, 因此多电极更换加工方法并不适合该零件的加工。

2.2 单电极平动加工法

单电极平动法在型腔模的电火花成型加工中应用最广泛它是用一个电极按照粗、中、精的顺序逐级改变电参数, 与此同时, 依次加大电极的平动量, 以补偿前后两个加工规准之间型腔侧面放电间隙差和表面微观不平度, 实现型腔侧面仿型修光。所谓平动是指工具电极在垂直于型腔深度方向的平面内相对于工件做微小的平移运动, 是由机床附件“平动头”来实现的。

这种方法的优点是只需要一个电极, 一次装夹定位, 便可达到比较好的加工精度。另外平动加工可使电极损耗均匀, 改善排屑条件, 加工容易稳定。不过用普通平动头难以获得高精度的型腔模, 特别是难以加工出内清角, 因此平动时, 电极上每一个点都按平动头的偏心半径做圆周运动, 清角半径由偏心决定。此外, 电极损耗的不均匀性和电极表面的剥落会使尺寸精度和表面质量降低, 有的在型腔体表面上还会产生“波纹”。

采用数控电火花加工机床时, 利用工作台按一定轨迹做微量移动来修光侧面, 为区别于夹持在主轴头上的平动头的运动, 通常将其称为摇动。由于摇动轨迹是靠数控系统产生的, 所以具有更灵活多样的模式, 除了小圆轨迹运动外, 还有方形、十字形运动。因此更能适应复杂形状的侧面修光的需要, 尤其可以做到尖角处的清根, 这是平动头所无法做到的。采用工作台做变半径圆形摇动, 主轴上下数控联动, 可以修光或加工出锥面、球面。

零件034302槽宽尺寸公差为0.05mm, 圆角公差相对宽松, 数控编程采用方形摇动方式是完全可以满足零件的尺寸和形位公差要求的。并且这种加工方法是通过调整平动半径值对零件尺寸进行补偿, 只需要依据电极实际加工尺寸来编制程序即可, 更经济实用。

3 零件加工结果讨论与分析

工厂技术人员采用北京安德建齐公司生产的数控电火花成型设备利用单电极平动法对零件034302键槽进行加工, 采用线切割快走丝机床加工电极。通过对电极的一次装夹定位就实现了键槽的加工, 加工完成后尺寸完全符合图纸要求, 表面光洁度也非常好, 不需要钳工打磨修整。并且一块电极可以加工大约5个零件, 使用最小的加工成本和最短的加工周期完成了零件的加工。

由于加工过程中放电面积小, 槽深度比较大, 导致电极损耗比较大, 因此平动半径值调整频繁。当大批量生产时, 对这种尺寸的键槽, 单电极平动法并不是很适用。大批量生产时, 可以采用多电极更换法和单电极平动法相结合的方法进行加工。使用大电流粗加工, 电极损耗对零件尺寸的影响可以忽略, 然后使用单电极平动法进行精加工, 提高加工效率。

摘要：电火花成型加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点, 目前已广泛应用于机械、航空、电子、仪器仪表、汽车、轻工等行业, 用以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题, 其加工对象小至几十微米的小轴、孔、缝, 大到几米的超大型模具和零件。本文详细叙述了单电极平动及多电极更换型腔加工工艺方法, 并通过零件034302内圆键槽的加工实例, 让大家更好地了解电火花型腔加工工艺方法在航空工业领域中的应用。

关键词：电火花,型腔,单电极,平动

均匀偏置型腔加工残留区域分析篇2

现代结构件、模具等零件中,型腔是一种常见的结构,通常采用数控铣削方法加工。型腔加工是CAM软件中一个重要的加工方式,被广泛应用于航空、汽车、模具制造业等领域。在型腔加工中,有两种常用的刀具轨迹走刀方式:环切方式和行切方式,前者应用更为广泛。本文研究的基础是环切加工,通过连续均匀偏置型腔轮廓,构造当前环形轨迹的VORONIO图来计算环切加工中下一条环形轨迹。在加工过程中,为了提高加工效率,通常先选用大半径刀具进行粗加工切除大部分原材料,然后选用较小半径刀具对残留区域进行补加工。由于加工中刀具半径大小的选择以及刀轨偏置距离的大小,各加工区域内会产生粗加工未加工到的残留区域称之为余料。根据对加工区域的分析,得到通常余料产生的几种常见位置如图1所示。

a) 型腔边界轮廓拐角处,如图1中轮廓四个边角A1,A2,A3,A4处空白区域。如果型腔内有岛屿,边界轮廓与岛屿之间以及岛屿与岛屿之间也有可能因为刀具半径过大而产生未加工残留区域,如图2中所示区域D,E。通常粗加工中残留区域的大小由所选刀具半径大小决定,刀具半径选取的越大,边界拐角处残留的区域和边界与岛屿之间的残留区域也就会越大。

b) 加工过程中各加工刀轨之间,即图1中各刀轨之间的空白区域B,C,D,E。这是由于生成加工刀轨的时候,选用均匀偏置法,当刀轨偏置距离大于刀具半径而小于刀具直径时,由内等距环、岛屿轮廓环以及它们的外等距环共同作用引起而有可能产生残留区域。这种加工方式通常是为了缩短加工时间,采用R～2R偏置刀轨,从而缩短了总的刀轨路径长度,节省加工时间。

下面重点对以上两种情况下的残留区域进行分析研究。

1 残留区域分析

1.1 边界轮廓残留区域

型腔粗加工中,选取半径较大的刀具,加工时间较短,但会产生较多的加工余料。选取半径较小的刀具,虽然能提高加工精度,但加工时间较长。通常第一次采用半径较大的刀具对型腔进行加工,切削大部分材料。第二次用半径较小的刀具只对第一次加工所剩的余料部分进行切削。这样可以大大地缩短加工时间,提高加工效率。这一方法的关键在于计算第一次加工后所剩的加工余料。目前对这种余料加工方法的算法研究已经比较成熟。根据在开发CAM软件过程中的具体实践,汲取前人的经验,结合实际,总结出的计算残留区域算法思想如下:

a) 型腔的外边界轮廓称为外环,记为lp0,岛屿轮廓称为内环,记为lpi1,lpi2, …, lpin;

b) 型腔的外边界轮廓环lp0内等距一次,等距值为粗加工所选刀具半径值加上外壁加工余量值,得到等距环记为lp0′;

c) 各岛屿环lpi1, lpi2, …, lpin分别外等距偏置一次,等距值为粗加工所选刀具半径值加上岛屿壁加工余量值,然后布尔并运算,得到环lpi1′, lpi2′, …, lpin′;

d) 将lp0′和lpi1′, lpi2′, …, lpin′进行布尔差运算,得到若干个粗加工区域;

e) 将每个粗加工区域的边界环外等距一次,等距值为所选刀具半径大小减去外壁余量值,进行布尔运算后得到结果环lp0″,将边界轮廓环lp0与lp0″进行差运算,得到若干个区域,即为待加工的残留区域。

注意:为了防止发生加工中过切现象,在步骤e)中将型腔外边界轮廓环lp0内等距一次,等距值为外壁余量值,得到结果环再与lp0″进行差运算,得到精加工区域。

图2所示即为第一种残留区域产生实例。图中轮廓边界拐角区域A,B,C为型腔拐角残留区域,区域D,E为边界轮廓与型腔内岛屿之间残留区域。刀轨为换刀之后补加工刀轨。图中红色环为轮廓内等距一次,岛屿外等距一次之后,两者进行并运算后的结果环。

1.2 刀轨之间残留区域

这是本文所要阐述的重点。一般加工中,我们采取的刀具偏置距离通常为刀具半径R,因为这种方式的刀轨重叠率比较高,刀轨之间没有残留的未加工区域,但刀轨路径总长增加,影响了加工效率。因此,我们可以采用偏置距离近乎刀具直径2R(不能大于2R)来均匀偏置构造环切加工刀轨,这样可以大大缩短刀轨路径总长,但随之而来的是,由于偏置距离过大,每相邻两刀轨之间就有可能产生残留未加工区域,这就是我们要讨论研究的问题。其产生过程如图3所示:

从图3中可以看出,由于刀轨偏置距离为2R,即两倍刀具直径,在两刀轨之间,由刀轨生成算法可知,在刀具拐弯处,即图中的阴影部分产生了残留的未加工区域。通过实例研究,得到了刀轨之间残留区域的算法思想如下:

假定刀具半径为R,偏置距离为d=2R。

a) 根据刀轨生成算法,对型腔外边界轮廓连续均匀内偏置d,岛屿外偏置d,得到一系列的等距环,经过求交、求差运算处理去除无效环得到初始各加工区域刀轨。

b) 对于局部区域的相邻两刀轨,如图2将外刀轨内等距一次,等距值为R得到等距环A(ACDEA),将内刀轨外等距一次,等距值为R,得到等距环B(BCDEB),将A环B环做布尔差运算得到两刀轨之间的未加工残留区域既图中阴影部分。

将此方法延伸到加工区域中的所有区域刀轨。以图1所示型腔为加工实例,在实际编程过程中,具体实现的算法步骤如下:

1) 对于一个加工区域,有n条刀轨环,将所有刀轨(除掉最后一条刀轨)内等距R(d/2)得到环1,环2,环3…环n-1,再将所有刀轨(除掉第一条刀轨)外等距R(d/2)得到环2′,环3′, …, 环n′;

2) 对得到的新环分别依次进行布尔差运算,环1-环2′,环2-环3′, …, 环(n-1)-环n′,将得到的值加入到加工区域链表中,即为所求的一个加工区域内刀轨之间残留区域;

3) 依次对所有加工区域求解,得到整个加工区域刀轨之间残留区域,进行补充加工。补加工不用换刀,直接在第一次粗加工之后对残留区域进行铣削。补充加工区域如图4所示:

图1所示加工实例中的刀轨即为根据本文所述算法求解得到的加工实例刀轨。以此为例,计算刀轨长度。偏置距离为2R,经过计算,第一次粗加工刀轨长1859mm,加上图3中的补加工刀轨长271 mm,总长为2130 mm,而按一个刀具半径R进行偏置得到的刀轨总长为3433 mm,刀轨长度减少了近30%,而且在加工刀轨之间的残留区域时不用抬刀,直接进行补加工,该方法大大提高了整个加工过程中的加工效率。

2 结论

针对粗加工之后的残留区域,设计了精加工刀轨生成算法,从工程实际应用出发,综合改进了余料加工的方法,可以大大地缩短加工时间,提高了加工效率。具有很好的工程应用价值。下一步的工作继续以减小切削力和提高加工精度为目标,研究岛屿之间、型腔与岛屿之间的残留区域精加工算法。

按照该算法编写的程序已在实际CAM软件开发中实现,实践证明,算法稳定、可靠,提高了该系统的加工编程能力。

摘要：模具型腔平面铣削加工过程中,第一次加工采用两倍刀具半径均匀偏置型腔轮廓得到粗加工刀轨,然后对加工后残留区域进行分析,在不换刀的情况下先对刀轨之间的残留区域进行补加工,再换半径较小的刀具对轮廓边界拐角和轮廓与岛屿之间残留区域进行加工,生成加工刀轨。该方法大大提高了加工效率。

关键词：型腔加工,均匀偏置,环切刀轨

参考文献

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型腔数控加工工艺篇3

在数控铣床上进行模具生产时,经常遇到半球型腔的加工。若按常规加工方法,往往需要用球头铣刀(如图1(a)所示)加工,而定做一把球头铣刀要比普通铣刀费用高出2～3倍。为了降低加工成本,可以采用变量编程,用端铣刀(如图1(b)所示)替代球头铣刀进行半球型腔的加工。

1 工艺基础

在湖北黄石瑞丰模具有限公司生产的模具上,有不同规格的半球型腔如图2所示。

依据零件图可以得知要加工的球腔回转面为扇形,在扇形中利用勾股定理建立模型,对球体半径、落刀点深度、刀心点位置三者之间建立三角函数关系,编制程序进行加工。

1.1 变量设定说明

1.2 刀具选择

选择φ14mm端铣刀。

1.3 加工工艺

1)关于第一个落刀点位置的确定:把球体半径、落刀深度及刀心点位置三者之间建立勾股定理模型。当求出刀心位置时再减去一个刀具半径即为落刀点位置。

2)关于最终落刀深度的确定:采用平底刀进行加工时,把平底刀底半径、球体半径及最终落刀深度三者之间建立勾股定理模型。否则,将加工的底面不是一个圆球形底面,而是一个与刀具直径大小相同的圆形底平面。

3)在程序的#2=#2+0.2中,其中的“0.2”可以根据刀具的切削能力进行调整。

4)必须选择小于所要加工圆球面直径的铣刀,否则就会产生过切。

1.4 加工程序

2 结论

以上程序在配置华中世纪星HNC-21/22T系统的数控铣床实际运行通过。若使用不同直径的端铣刀加工半球型腔,只需将#1=7程序段中的数值“7”改为刀具的半径数值,就可以快速、正确地完成新程序的编制,使生产效率得到提高,并且节省了刀具费用,较大地降低了生产成本。

摘要：在数控铣床上加工半球型腔,用端铣刀替代球头铣刀可以节省刀具费用,降低生产成本。

关键词：半球型腔,端铣刀,变量编程

参考文献

[1]胡涛,朱国文.数控车床编程与操作基础[M].武汉:华中科技大学出版社,2001.

[2]刘万菊.数控加工工艺及编程[M].北京:机械工业出版社,2007.

复杂型腔加工区域的自动识别篇4

型腔加工问题是数控编程中的常见问题。目前,大多数CAM软件在定义型腔加工区域时,多采用交互选取的方式。这种方式的最大优点在于其灵活性,用户可以任意地指定整个型腔或部分型腔,对于简单型腔比较适用。但这种方式在处理岛屿众多、嵌套关系复杂的型腔时,则存在明显的弊端,主要弊端有:①操作繁琐,增加了数控编程人员的负担。若型腔由大量的面片拼接而成,且存在复杂的嵌套关系,则定义型腔加工区域的过程显得非常复杂。②大大增加了出错的可能性。交互选取型腔时,十分容易发生漏面的情况,如果发生这种情况,势必会导致刀轨的异常。

为了弥补上述定义复杂型腔加工区域的不足,依托实际项目,本文提出了一种简单有效的加工区域识别方法。该方法能自动识别复杂型腔的加工区域,无需用户直接参与,简化了操作,提高了型腔加工数控编程的效率。最后,通过仿真验证了该方法的正确性。

1 算法描述

型腔加工一般采用Z-level法,即分层切削法,它根据分层切削深度依次用垂直于刀轴的平面去截曲面型腔,在每一层上规划刀轨。对每层的加工区域则一般采用行切或环切的方法进行填充[1]。该过程主要由以下几个步骤构成:①截平面和设计模型求交,计算初始轮廓环;②构建加工区域;③构建轨迹元素(常用的轨迹元素有轨迹环和轨迹行);④连接轨迹元素。本文所阐述的内容主要是其中的第2个步骤。从图1可以看出,加工区域的识别是后续步骤的基础,该步骤将直接关乎到后续步骤能否顺利进行。

目前,出于对轨迹生成效率的考虑,型腔模型一般采用网格模型或Z-map模型表示[2],因而,采用Z-Level法截取的交线可看作是简单多边形的集合,这些简单多边形在本文中被称为初始轮廓环集合{L0,L1,…,Ln}。本文以图2所示的初始轮廓环集为例阐述整个方法。该算法的基本思想是:首先,按环的嵌套关系,将初始轮廓环组织成轮廓环树;然后,根据轮廓环节点在轮廓环树中的深度确定材料去除区域;进而,对材料去除区域的边界作偏置,从而获得加工区域。

构建轮廓环树是该方法的难点,因为获取的初始轮廓环是从几何角度描述的,环与环之间没有任何的联系。为了建立这种联系,该方法首先构建了环关系矩阵,然后通过将环关系矩阵变形为环亲属关系表后比对血缘关系的方式,完成了轮廓环树的构建。该方法的算法流程如图3所示。

1.1构建环关系矩阵

环关系矩阵的构建是建立在获得环与环的关系的基础上的,在得出环与环之间的关系后,即可将结果组织成图4所示的环关系矩阵。

环关系矩阵构建子算法名为BuildRelationMatrix({Li}),流程如图5所示。输入为平面轮廓环集{L0,L1,…,Ln}。

输出为环关系矩阵Mrel。

在上述算法中涉及的环的关系判断问题,可以参考文献[1]所述的方法,这种方法能判断在内、包含、相交、分离、比邻等多种位置关系,但这种方法是基于平面布尔运算的,计算量较大。本文方法采用了一种较为简单的环判别子算法,该算法只能判别图6所示的3种位置关系,但对于求交正确的轮廓环而言,也只可能出现这3种情况。该子算法的基本思想是:分别获得环Li和Lj最右边的顶点Vright_i和Vright_j,令Vray-f ire为Vright_i和Vright_j中靠左的点。然后自Vray-f ire引出一条射线与非Vray-f ire所在环求交,交点数如果是偶数,则为图7a所示的分离关系;交点数如果为奇数,则为图7b和图7c所示的在内和包含关系。但有3种特殊情况需要处理:①共有射线穿过点的两边在射线的两侧,如图7d所示,在此种情况下,交点数加1;②共有射线穿过点的两边在射线的同侧,如图7e所示,在此种情况下,交点数不变;③一边与射线共线,如图7f所示,此种情况可以把共线边看作是以无穷小的角度逼近射线的边,因此这种情况可以看作是射线与边相交的情况,交点数应加1。该子程序的描述如下:

EvaluateLoopsRelation(Li,Lj)

1:Vi←Li的顶点,Vj←Lj的顶点。

2:Vright_i←maxi∈{1,2,…,n}(x_value(Vi)),Vright_j←maxj∈{1,2,…,n}(x_value(Vj)),Vray-f ire←min(x_value(Vright_i),x_value(Vright_j))。

3:获取从Vray-f ire沿X轴方向射出的射线的选中集S。射线选中集中的元素可能是边,也可能是点。

4:交点数int_count←0,射线射出环Lray_f ire←Vray-f ire所在环。

5:While(S中下一个元素En存在)

6: Then If (En是边)

7: int_count++。

8: Else En是顶点

9: Then判断共享该顶点的两条边与射线的关系。

10: If (两边在射线的两旁或有一边与射线平行)

11: Then int_count++。

12:If(int_count是偶数)

13: Then Li和Lj为分离关系。

14:Else If (Lray_f ire是Li)

15: Then Li在Lj内。

16: Else Li包含Lj。

经过上述子算法处理后,图4所示的环关系矩阵就建立起来了。

1.2构建环亲属关系表

为了使后续算法更为方便地引用环间关系,本方法将环关系矩阵转化为如图8所示的环亲属关系表。

1.3构建轮廓环树

在环亲属关系表确定后,就可以通过比对环的血缘关系来构建轮廓环树,该子算法的流程如图9所示。环轮廓环树构建子算法名为ConstructTree(Lcur)。输入为根节点Lroot。输出为轮廓环树T。

该子算法中要用到查找根节点的子程序。查找根节点的过程实际上是寻找最外层轮廓环的过程。在环亲属关系表中,如果一个环没有父环,那么这个环就是树的根节点,即轮廓环的最外层环。值得注意的是,上述子算法只描述了一棵树的构建过程,但在实际中可能找到多个根节点,即能生成多棵轮廓环树,轮廓环树就组成了轮廓环森林,轮廓环森林完整地描述了整个截面层轮廓环的信息。本文实例经过上述子算法后就形成了图10所示的轮廓环森林。

1.4构建材料去除区域

在轮廓环树中,如果把节点深度为奇数的节点作为外边界,把它的子节点作为内边界,那么这些环能界定出一个区域,这个区域称为材料去除区域,如图11所示。构建材料去除区域的子算法名为CreateTreeInitialRegion(Lcur)。输入为轮廓环树根节点Lroot。输出为材料去除区域集S。算法描述如下:

1:If(Lcur的节点深度为奇数)

2:Then构建材料去除区域R,添加R到S中。其中R的外环为Lcur,R的内环为Lcur的子节点环集Ssons。

3: For i←0 to Lcur的子节点的个数。

4: Lson←Lcur的第i个子节点。

5: CreateTreeInitialRegion(Lson)。递归该过程,从而完成所有材料去除区域的建立。

经过上述子算法后,本文实例共形成了R1～R8这8个材料去除区域。

1.5构建加工区域

加工区域为最终的轨迹填充区域,一般采用将材料去除区域偏置间隔σ(σ为刀具半径与加工余量之和)的方法,即材料去除区域的外环向内偏置σ,内环向外偏置σ。该子算法涉及的环的等距偏置问题和平面区域的布尔运算问题可以参考文献[3,4]的方法,平面区域的布尔运算问题可以参考文献[5,6]所述的方法。加工区域构建子算法名为CreateMillingRegion(R)。输入为材料去除区域R。输出为加工区域集S。该子算法的具体步骤如下:

1:获取材料去除区域R的外环Lexternel和内环集Sinternel。

2:计算偏置外环集Soff_externel。将Lexternel向内偏置σ,可能出现偏置环断裂为多个环的情形。

3:For i← 0 to Sinternel的内环的个数。

4:偏置Sinternel中第i个内环。添加结果到偏置内环集Soff_internel。

5:S←BooleanSubtract(Soff_externel,Soff_internel)。平面布尔减运算计算加工区域集

经过该子算法后本文实例就形成了图12所示的MR1～MR8这8个加工区域。

2 实验

该加工区域识别方法已经在WindowsXP、CPU 1.84GHz、内存1GB的系统环境下,使用ACIS+Hoops开发平台实现。下面通过两个实例,说明本方法的有效性。

实例1 自制零件加工区域识别实验。为了验证算法的有效性,自制了图13a所示的包含多岛屿和复杂嵌套关系的型腔。图13中的截面轮廓由是Z=23.0mm的截面截得。用本方法计算出的加工区域如图13b所示,图中深色区域即为自动识别出的加工区域。图13c所示的是采用 Zig-zag行切轨迹填充加工区域的结果。

实例2 遥控器前盖模具加工区域识别实验。为了体现该方法的实用性,该方法采用了图14所示的遥控器模具, 图中的初始轮廓采Z=20.84mm的截面截得。用该方法计算出的加工区域如图14b所示,图中深色区域即为自动识别出的加工区域。图14c所示的是采用环切轨迹填充加工区域的结果。

实验结果如表1所示,实验结果表明该方法能有效地识别型腔的加工区域,为后续轨迹生成步骤创造了条件。

3 结束语

针对交互式定义型腔的不足,本文提出了一种型腔加工区域自动识别方法,该方法能有效解决采用Z-Level法加工型腔时加工区域的定义问题。该方法简单实用,避免了交互定义型腔的不足,简化了用户操作,提高了数控编程效率。该方法不仅能用于型腔加工,也可应用于快速成形等领域,有广泛的适用性。

参考文献

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型腔数控加工工艺篇5

经过时代的发展、科技的进步, CAM/CAD技术日益成熟。通过对CAM/CAD技术的研究和学习, 数控加工已经是工业生产中不可或缺的一部分。该软件提供了一个基于过程的产品设计环境, 使产品的开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成, 极好地优化了产品设计与制造, 大大缩短了产品的从开发设计到制造的周期, 节省了材料、资源、时间和经费[1]。

CAM/CAD技术在我国已经相当成熟, 各种壳体产品也成了大众生活中不可或缺的一部分, 在工业中也是占有霸主地位。模具中的型腔是模具组成的重要部分, 型腔的加工精度与技术要求都比较高, 型腔的精度直接决定产品是否合格, 通过型腔的合理设计与加工能有效的减少加工时间、材料、资源、经费。

2 模具型腔的加工与刀路优化探究

利用UG8.5中的加工命令对型腔进行加工生成数控机床能够识别的G代码, 用计算机自动编程的好处是在编程过程中, 除了分析图样和制定工艺方案由人工进行外, 其余均由计算机辅助完成。手工编程的极限为2.5轴加工, 而采用自动编程可以达到3~5轴联动加工, 制动编程完全能胜任复杂形状零件的编程。自动编程可有效提高编程效率几十倍至上百倍, 解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。所以在此笔者采用UG8.5对型腔进行加工。

如图1所示材料大小为122×122mm型腔最小间隙为3.11mm, 最小圆角半径为1.01°为了提高加工效率开粗时笔者将忽略最小间隙。

(1) 为了使加工时方便对刀, 创建块将MCS放到工件中心。

(2) 创建WORKPIECE选择部件为工件, 毛坯为之前创建的块。

(3) 准备工作做好后开始工件的开粗:创建工序型腔铣。

a.选用刀具为D12立铣刀。

b.如上图所示图2是将型腔虎口一起加工, 图3是独立加工虎口位置为了提高加工的效率减少跳刀减少加工时间笔者选择图3的加工方式。

c.工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离称为背吃刀量。背吃刀量是通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量, 是每次进给时车刀切入工件的深度, 故又称为切削深度。根据此定义, 如在纵向车外圆时, 其背吃刀量可按下式计算:

式中a p——背吃刀量 (mm) ;

d w——工件待加工表面直径 (mm) ;

dm——工件已加工表面直径 (mm) 。

d.设置切削参数切削方向当立铣刀为顺铣时刀具切削时会出现欠切的现象, 当立铣刀为逆铣时会出现啃刀现象就是所谓的“过切”。

e.为了减少跳刀切削顺序为深度优先。

f.进给率和速度的设定:

进给速度v f是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。

式中v f——进给速度 (mm/s) ;n——主轴转速 (r/s) ;f——进给量 (mm/s) 。

切削速度v c:

式中v c——切削速度 (m/min) dw——工件待加工表面直径 (mm) n——工件转速 (r/min) 。

在计算时应以最大的切削速度为准, 如车削时以待加工表面直径的数值进行计算, 因为此处速度最高, 刀具磨损最快。

为了提高加工的速度笔者开粗时尽可能选用大的刀具, 一些比较小的间隙可以采用二次开粗来解决, 如下图所示。

如图4所示采用的切削方式为跟随部件, 图5采用跟随周边的切削方式, 跟随部件适用于凸台或者是凹凸不平的部件而跟随周边适用于内腔的铣削。为了使刀轨整洁方便观察减少跳刀减少加工时间所以我们采用跟随周边的加工方式。

图6为3D进行的二次开粗、图7为基于层进行的二次开粗、图8为剩余铣进行的二次开粗。

在较简单工件的数控编程中3D、基于层两个取得的效果都是一样的, 但是复杂的型腔加工建议使用3D, 因为这样得出来的加工精度更高。因为在使用3D的时候计算机是对整个型腔重新生成后作为依据的, 而基于层是以每次加工的层为依据的。所以3D所用的计算时间 (程序生成时间) 会较长, 但精度高, 基于层反之。剩余铣加工起来很方便对于开粗过后, 但是算刀路很费力, 对于简单一点的, 剩余铣后就可以精加工了。

3 结束语

本文简单介绍了某壳体模具的型腔的开粗加工, 利用NX8.5软件对型腔进行简单的计算机自动编程和刀路的优化。

参考文献

[1]郭晟, 阳彦雄, 刘勇, 等.NX8.0在壳体模具型腔设计与数控加工中心的应用[J].制造业自动化, 2014, 36 (6) :43-46.

塑料瓶吹塑模型腔加工研究分析篇6

我们日常生活中经常见到塑料瓶之类的东西,其实这类东西是用吹塑模具生产出来的。本文针对塑料瓶这类吹塑模具的特点,对其加工工艺、加工方法进行了详细分析和论述;结合编程软件UG,详细地阐述了这类模具数控加工的编程思路和方法,以满足相关生产厂家的需要,使生产质量、生产效率得到提高。

1 工艺分析

吹瓶模型腔如图1所示。

工件材料为锻造铝合金6061,这种材料加工可采用高速钢或硬质合金刀具,不宜用陶瓷刀具,会发生沾刀现象。具体工艺方案:吹瓶模型腔是由两个对角剖分的半模合成,瓶底部采用了镶块,因此瓶底部径向拉直,由镶块形成瓶底部的内凸球面。该型腔由多个曲面组成,最小的圆弧半径仅R1.3mm,而且表面粗糙度要求较高。采用球头刀加工之后有加工痕迹存在,通过手工磨光能达到所需要求,但精铣时间很长,经济上不合算。因此,此类型腔模具加工通常考虑采用数控铣削和电火花相结合,以数控铣作为前道加工,留有0.2mm的加工余量,由电火花加工达到型腔的基本尺寸和形状要求,再由手工研磨到所需的粗糙度要求,使加工周期大大缩短。

2 具体数控加工方式

具体加工方式如下:数控加工前,工件在普通机床上完成6个面的加工至光洁、平整,但为确保分型面的质量,解决分型面在以后粗加工时可能受损的问题,在分型面上应留0.2mm的磨削余量。在立式数控机床上以压板压紧方式加工该吹瓶模型腔。以坯料上表面为工件座标系的Z0平面,瓶体轴向为X轴方向,轴线与底平面的交点为X0Y0点。考虑到分型面预留的的磨削量0.2mm,对刀后将将G54座标中的Z值抬高0.2mm。

下面以目前在沿海广泛使用的数控编程软件UG为例,对其数控加工的思路和方法进行详细阐述。

2.1 数控加工顺序

采用D20R4的硬质合金刀具型腔铣开粗,再用D8硬质合金刀具,采用型腔铣参考刀具清残料,再用D8R4硬质合金刀具,采用等高外形方式整体半精吹瓶模型腔,仍用D8R4硬质合金刀具,用平行铣方式对型腔下部坡度平缓区域再进行半精加工,再用D10R5硬质合金刀具采用环绕等距方式进行型腔的整体精加工,再用D4硬质合金刀具,采用型腔铣参考刀具清残料,最后以D4R2硬质合金刀具清角。

2.2 UG具体编程如下

1)因为吹瓶模型腔的凹槽宽度大部分在50mm左右,所以选直径略小于25 mm刀具开粗较好,刀具太大很多地方刀下不去,造成留料过多,刀具太小加工效率太低,因此针对于工件材料为锻造铝合金6061,采用高效率D20R4的硬质合金飞刀进行开粗,这样能够在较短的时间内去除大部分余料。采用型腔铣开粗(CAVITY_MILL),因锻造铝合金6061较易加工,Z向每层吃料深度可为1mm,进给速度1000mm/min,主轴转速2000r/min,留侧余量0.5mm,底余量0.3mm。刀具路径如图2所示。

2)因用D20R4的飞刀开粗之后,大部分余料已去除,但还有不少部位有较多残料存在,直接半精可能会使半精刀具断刀,因此仍用型腔铣开粗(CAVITY_MILL),但采用参考刀具清残料方式,即用D20R4直径一半左右大小的D8硬质合金刀具平刀,来清理D20R4留下的残料,进给速度1000mm/min,主轴转速2700r/min,留侧余量0.5mm,底余量0.3mm。刀具路径如图3所示。

3)因大多残料被上一刀具D8清理,下面能安全可靠地用D8R4硬质合金刀具球刀来半精吹瓶模型腔,采用等高外形(ZLEVEL_PROFILE)方式,层间距给0.5mm,进给速度1000mm/min,主轴转速2700r/min,留侧余量0.3mm,底余量0.3mm。刀具路径如图4所示。

4)上步等高外形(ZLEVEL_PROFILE)半精,刀路在吹瓶模型腔下部坡度平缓区域的刀路比较稀疏,因此这部分需要用(CONTOUR_AREA)的区域铣削平行走刀方式再半精一下,仍用D8R4硬质合金刀具球刀,进给速度1000mm/min,主轴转速2700r/min,留余量0.3mm。以弥补以上半精不足,改善后续精加工刀具受力。刀具路径如图5所示。

5)采用(C O N T O U R_A R E A)区域铣削的环绕等距走刀方式,采用空间刀间距0.3 mm。注意用略大于D8R4的D10R5硬质合金刀具球刀精加工,会使精加工刀具受力更均匀,不会掉进D8R4没有半精到的小凹槽中。进给速度1200mm/min,主轴转速2500r/min,留余量0.2mm。刀路如图6所示。

6)用型腔铣开粗(CAVITY_MILL),但采用参考刀具清残料方式,即用上面半精刀具D8R4直径一半左右大小的D4硬质合金刀具平刀,来清理D8R4留下的残料,以减少后面小球刀精加工清角的负担,以防断刀。进给速度600mm/min,主轴转速3300r/min,留侧余量0.3mm,底余量0.3mm。刀具路径如图7所示。

7)采用(CONTOUR_AREA)清根切削的参考刀具方式,即用D4R2的硬质合金球刀清理D10R5球刀没有精加工到的地方。前面分析吹瓶模型腔的最小曲率为1.3mm,但为什么不用半径小于1.3mm的球刀来加工呢,而采用了D4R2球刀,因为刀具过小会造成断刀,因前面清残料只清到D4直径的刀具,再者用刀具过小效率也太低,虽然用D4R2会造成部分曲率小于2 mm地方精加工不到,但以后还要整体电极放电的,所以不必担心。进给速度600mm/min,主轴转速3300r/min,留余量0.2mm。刀具路径如图8所示。

把以上所有刀具路径后处理生成NC代码输入数控机床,便可对吹瓶模型腔进加工。因前面所有精加工都留有0.2mm的加工余量,可以再进行整体电极放电,更便于消除各刀路的加工痕迹,提高整体光洁度。

3 结束语

综上所述,本文详细论述了吹瓶模型腔的加工工艺,并结合数控编程软件UG提出了合理的数控加工思路,使人们对这类模具的加工工艺、加工方法有个清楚的认识,以便更好地为生产实践服务。

摘要：本文针对塑料瓶这类吹塑模具的特点,对其加工工艺、加工方法进行了详细分析和论述;结合数控编程软件UG,详细地阐述了这类模具数控加工的编程思路和方法,以满足相关生产厂家的需要,使生产质量、生产效率得到提高。

型腔数控加工工艺篇7

数控铣削编程是数控铣削的一个重要环节。虽然自动编程能够完成多数的铣削工件编程, 但手工编程在编程简便性和加工控制灵活性等方面表现出不可替代的优势。手工编程也是操作者进行数控铣削加工的基础, 是必须熟练掌握的一项技术。内型腔铣削是在一个封闭的区域内去除材料, 经研究实践, 加工内型腔编程具有一些共同的规则和技巧, 不同的型腔形状利用不同的编程方式或指令可以简化编程, 使型腔加工和程序更加合理。通过加工实践, 笔者总结了几种型腔的编程方法, 优化编程, 效果显著。

2 斜插式下刀加工内型腔

最简单的型腔也是最容易编程的, 它们具有规则形状且中间没有孤岛, 如正方形型腔、矩形型腔等。对于此类型腔, 我们可以采用斜插式下刀进行编程, 改变刀具半径补偿实现零件的粗、精加工, 在加工中非常方便。

斜插式下刀加工型腔主要存在的问题是:斜插下刀选择的下刀点不合适;精加工进/退刀选择不合适, 系统将会出现报警;加工完以后, 测量零件有小锥度。

解决措施:注意下刀位置应该是型腔最宽处;合理选择进/退刀选项设置;更换刀具;注意补正方向。

加工如图1所示的零件, 型腔的宽度比较宽, 适合用斜插式下刀来加工。

3 螺旋式下刀加工内型腔

在加工要求不太高的情况下, 改用立铣刀沿螺旋线进行插补, 则会收到事半功倍的效果。螺旋插补指令可以简化编程, 对丰富手工编程和下一阶段自动编程技术的学习都有帮助。

螺旋插补要注意的几个问题:螺旋线的终点坐标必须在螺旋线上;半径补偿对螺旋线插补不起作用;在螺旋线插补程序段中, 刀具长度补偿不能使用。

如图2所示的工件中间是一个圆环槽, 采用φ18的立铣刀螺旋式下刀来进行槽的加工。

4 旋转指令编程加工内型腔

针对某些特定的重复图形的编程, 正确应用旋转指令能起到事半功倍的效果。在操作实践中, 旋转指令的基本用法应用较多。

如图3所示零件有两个腰形槽, 编好一个槽的程序, 另一个可以采用旋转的方法来加工, 非常方便。O1000主程序