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五轴联动加工中心加工梭板零件的优势和具体流程

供稿:中国工控网 2016/10/14 14:27:20

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  • 关键词: 五轴联动加工中心
  • 摘要:加工中心已成为现代制造业的“主力军”,它以其加工精度高、效率高、精度稳定等特点,在工厂、研究所及学校等部门得到了越来越广泛的普及,而五轴联动加工中心可以满足形状更复杂、工序更多的产品的加工。

  加工中心已成为现代制造业的“主力军”,它以其加工精度高、效率高、精度稳定等特点,在工厂、研究所及学校等部门得到了越来越广泛的普及,而五轴联动加工中心可以满足形状更复杂、工序更多的产品的加工。

  五轴联动即为加工中心三根主运动轴(X、Y、Z)和两根旋转轴(一般为A、C或B、C)一起运动的一种加工形式,通常用来加工叶轮、机翼、模具等带有复杂曲面的零件。因其装夹一次便可加工出零件绝大部分甚至全部工序,所以避免了三轴、四轴加工中心在多次装夹中产生的定位误差,因此加工出来的零件精度更高,所用辅助时间更少。

一、三维软件在加工中的应用

  五轴联动加工中心仅凭人脑已经难以想象它动作时的实际情况了,而且不可能通过手工编程实现对曲面零件的联动编程,即使机床能通过手编程序联动起来,加工出来的零件尺寸也不可能十分精确。因此必须借助于CAD/CAM软件,才能实现机床的五轴联动以及在加工时让刀具找到准确的点位。

  习惯用Cimatron软件进行建模及加工,它是一个将CAD、CAM集成一体的软件,将模型转到加工环境中不会有数据的丢失,可以满足加工时所需的各项功能,具有2.5轴到5轴的加工能力,可满足高速铣削的所有加工策略。Cimatron软件具有人性化、智能化的特点,可以提高编程效率而且非常安全,能提供数控仿真环境,并可做干涉、碰撞及过切检查。

二、加工中心加工零件的一般过程

  加工中心加工零件时,首先应编制零件的加工程序,这是数控机床的工作指令。将加工程序输入到数控装置,再由数控装置控制机床主运动的变速、起停、进给的方向、速度和位移量,以及其它如刀具选择更换、工件的夹紧松开、冷却润滑的开关等动作,使刀具与工件及其它辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行动作,从而加工出符合要求的零件。

三、难点问题举例及解决办法

  梭板零件为我厂圆织机上的重要配件,圆织机主要用来生产编织袋,而梭板起着穿线、引线的作用。传统工艺中,梭板的生产工序如下:

1)铸造出整体外形;

2)打磨机打磨外形,使之较光整,并留出余量;

3)铣床上以中心对称铣两侧面、铣圆弧面(上下表面)上浇冒口;

4)钳工去毛刺,锐边倒钝;

5)铣床上装夹两次加工出的四凸台复合斜面;

6)精铣梭头;

7)钳工钻板上各直孔及深斜孔;

8)四个凸台清根、去毛刺;

9)检验。

引进五轴加工中心后,对梭体加工工艺进行了改进,新工序如下:

1)铸造出整体外形,上表面留出1mm余量;

2)铣床上以中心对称铣两侧面、铣圆弧面(上下表面)上浇冒口;

3)五轴联动加工中心通过一次装夹,加工出复合斜面并钻斜深孔及攻螺纹,精铣上表面余量;

4)四个凸台清根、去毛刺;

5)检验。

与老工序相比,新工序具有以下优点:

(1)新工艺中铸造出整体外形,上表面留有1mm余量,余量通过五轴联动加工中心去除,这样既可减少老工序二中钳工打磨的工作量,而且上表面的精确度和光洁度也会提高。

(2)一次装夹便可精铣上表面及四个复合斜面余量,还可完成钻斜孔、直孔及攻螺纹,减少了二次装夹的辅助时间,避免了二次装夹产生的定位误差。

(3)新工序集中,加工效率和精度都大大提高,且尺寸稳定。

  新工序三中,五轴联动加工中心实际加工时会遇到以下难点:

(1)不易装夹定位。梭板的长×宽×高=472×126×111mm,本身尺寸较大,且梭身成圆弧形,只有5mm厚,材料为整体铸铝,夹紧力和切削力稍大一些就容易变形。为此,我们设计了专用夹具,夹具做成圆弧形,半径与梭板半径相同,使之形成包容面与被包容面的关系。夹具两侧各有两个垫块,四个垫块通过螺钉将梭板两侧面(工序二中两侧面已精铣)固定。此时梭板的装夹定位完成。

(2)加工时易产生干涉、碰撞。切除上表面及凸台复合斜面余量时,需用软件编程实现机床的五轴联动。此时应考虑干涉的问题:主轴与工作台的干涉、刀柄与夹具的干涉、刀具与工件的碰撞等。笔者用Cimatron编程时,将工作台和夹具的模型都做进了编程环境中,这样在自动生成程序时,软件会自动计算干涉和碰撞的可能性,并将有可能出现干涉、碰撞的程序段标示出来,再进行修改,最后进行了机床仿真,发现无干涉、碰撞后,才生成后置程序,确保实际加工时的安全性。

(3)加工斜深孔时不易找准角度且容易断刀。如图3所示,8个孔均与复合斜面垂直。钻中心孔时,先将C轴旋转一个角度,再将A轴旋转一个角度,使之达到斜孔的要求。8个孔中,4个小孔为M4的螺纹孔,另4个孔为?6的通孔,凸台厚度达30mm,属于深孔加工。钻孔时,转速和进给速度较低,且要断屑和排屑,切削液浇灌充分,这样才能保证刀具钻孔时的强度,不会发生断裂,也不易引偏、打摆。

  五轴加工中心在攻克加工难关、改进工艺方法、开发新品中起到不可替代的关键作用,使加工效率和精度都大大提高,本文中梭板就是一个典型的例子。实际加工中,确实会遇到诸多困难、问题,但随着技术的成熟、经验的积累,这些问题都会迎刃而解,五轴加工中心的优势也会越发地明显。

审核编辑(王静)
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