葛占福

(武威职业学院,甘肃武威 733000)

数铣图形参数化编程系统零件工艺设计流程*

葛占福

(武威职业学院,甘肃武威 733000)

数控铣削加工工艺流程包括毛坯选择、确定加工工艺路线、合理设定加工工序、刀具的选择和设定以及切削参数的选择等,从手工编制工艺卡到编程输出,耗时较长严重影响生产效率,通过数铣图形参数化编程系统零件工艺设计,将实现从计算机零件图形到加工工艺的智能化编制与实施,提高零件设计到加工的效率、缩短生产周期。

数铣;图形参数化编程;工艺;设计

0 引 言

针对用户的加工要求,在设计可铣削加工零件的加工工艺时,基本的思想是实现加工过程的高质量,同时兼顾效率和避免各类干涉[1]。综以上考虑,对零件进行工艺设计时主要完成以下几方面的工作:①合理选择毛坯;②明确待加工面的轮廓信息;③确定数控加工工艺路线;④选择刀具,给定切削用量。

1 选择毛坯

毛坯的选择决定了最终零件的好坏,所以选择合适的毛坯显得尤为重要,因为他会直接影响零件的加工质量、材料消耗度和加工工时等。实践经验告诉我们,毛坯的尺寸和形状越接近成品,需花费的精力和劳动量就会减少,如果一味追求好的毛坯会在无形中增加制造成本。所以应该根据生产要求、加工数量、精度要求,综合考虑来确定毛坯,以获得更好的经济效益。

在数控铣削过程中使用的毛坯一般为棒料、铸件或者锻件。通常情况下,选用棒料需要设定成型棒料的直径或者半径,选用锻件或者铸件需要设定加工余量。在实际选择中可以将常用毛坯归为两类:即棒料或者铸件/锻件。

在进行系统设计时,可实现设定相应的毛坯材料库,用户通过选择合适的毛坯形式和尺寸(或余量)即可完成毛坯的选择。

2 确定加工工艺路线

零件加工顺序和进给路线的确定是零件机械加工工艺路线制订的重要内容,影响到零件加工效率和质量[2]。

零件加工顺序通常按照以下原则确定。

(1)先粗后精的加工顺序 为了在大批量生产中提高生产效率的同时保证精加工质量,应在切削加工时先安排粗加工工序,在较短的时间内去除精加工之前的大部分加工余量。

(2)尽量缩短加工距离和减少空行程时间 这里所说的加工距离是按照加工零件部位对于对刀点的距离而言的,不同直径特征段组合而成的零件对切削顺序有不同的算法。

走刀路线的设计是编写程序的依据。笔者研究的走刀路线仅限一次装夹后缩短走刀路线的问题。如图1所示零件为待加工零件,属于平面类零件,按照加工要求完成零件表面上A,B,C,D,E、F六个相同的孔的加工,工艺设计仅限于扩孔加工,在加工的工艺安排中先确定起刀点,图1以O代表工件坐标系原点,那么就以O点作为此次加工的起点。欲对这六个孔进行扩孔,那么走刀路线是O-A-B-C-DE-F-O或者O-E-F-C-D-B-A-O等。总结一下就是把刀具的起点和终点统一起来围成一个封闭的轮廓,以讲效率为原则,只需看谁空程少谁就满足工艺路线设计要求。

图1 零件加工路径示意图

3 合理设定加工工序

加工顺序和进给路线可以通过操作者人机交互的方式实现,还可以通过直接调用典型类零件的工艺数据自动匹配。结合本系统中特征参数化建模的实现方式,特征参数与零件加工表面密切相关,这就意味着有多少个特征就会有多少个工步。所以,为了简化实现过程,使加工顺序和进给路线更符合实际需求,缩短工时,简化判别过程,通常对特征比较多、结构比较复杂的零件在完成加工面边界信息提取之后使用人机交互的方式设定工艺路线,选择更为合理的进给路线。而对一些常见的、典型化的零件可以事先设定加工工艺路线,调取后直接使用更为节省时间。

(1)通常数控铣削加工按工序集中原则对工序划分,方法如下:①按所用刀具划分,由于每次换刀都要进行对刀,所以多次频繁换刀会影响加工效率;②按安装次数划分,由于零件的装夹、安装定位在数控加工中耗时耗力,所以尽量采用一次装夹完成此把刀所要完成的工作任务;③按粗精加工划分,把粗加工所能完成的那部分工艺过程确定为一道工序,把精加工所能完成的那部分工艺过程确定为另一道工序;④按加工部位划分,对于有相同型面的物体把具有相同加工部位的工艺过程确定为一道工序,其对于加工型面复杂且有共性的物体较适宜。

(2)建立与特征对应的工序 人机交互工艺路线的设定需要建立特征工艺库。特征工艺库将会对不同类型的特征分别设计其工序,通过人工选择不同特征的工序并排序,从而在系统中生成最终的加工工艺路线。

与特征对应的工序内容会在特征建模时自动生成,但由于加工对象的不同要求,不能直接调用该系列的工艺内容生成工序来加工,或者直接调用会导致加工工时大幅度增加,所以在人机交互设定界面中,会将所有特征的工艺路线代号显示并列表,然后由操作者选择合适的工艺路线并排序后生成工序表在人工工序拼接排序的过程中,要解决的一个重要问题是如何对整个被加工对象参数化模型设计工艺路线,而不是仅仅针对各个特征设定工艺路线。也就是说,在实际加工过程中要按照确定的加工顺序来设计排列工序。

利用基准选择基本原则,在系统对特征工艺库中设定的工序进行初步处理时,可以在装夹位置不变的情况下对特征相同且较为集中的部分、毛坯粗加工过程、精加工过程等部分设定为同一个工序,这样就能够给操作者提供一个较为清晰的判别环境,降低修改难度,便于最终生成完整的工艺路线。

为了保证在人机交互过程中不发生工序遗漏,系统会自动保留初步处理之前的特征工艺共用户查询和查看,以便于用户添加、编辑、删除、插入、移动工序,也可以通过手动输入新的工序内容。

(3)工艺实例库的调用 对于常见零件来讲,其加工工艺路线已经十分成熟,无需在进行人工干预可以直接使用,那么系统中就有必要建立一系列对应实例的工艺库,在人工完成参数化建模过程以后,直接调用相同实例的工艺路线即可。对于系统而言比较“陌生”的零件应用人工干预匹配结果的功能,让它把本次作为一次学习机会,这样以来,下次同类零件在它面前将不再“陌生”,这样为工艺库的完善尽了力。对于陌生的零件它也可以适应,加工方法匹配的流程图如图2。

图2 单个特征加工方案匹配流程图

4 刀具的选择和设定

加工方案的确立与刀具信息息息相关,在刀具库刀具信息比较完备的情况下,可以对刀具进行选择和匹配。配制原则即为根据零件的加工方法信息特征类型信息和几何信息来选择配置适当的刀具。刀具自动匹配的步骤如下。

(1)读入特征的类型和该特征的加工方法。

(2)根据读入信息判断刀具类型。

(3)通过匹配零件特征的几何信息和刀具类型、几何参数,检索刀具信息,完成刀具匹配。

当零件的加工方案较复杂时刀具匹配可能无法完成,那么就需要根据系统提供的刀具类型和信息进行人工干预,这一干预图样可以丰富刀具匹配内容,增加了刀具匹配的柔性。

5 切削参数的选择

切削用量的选择对加工效率、加工成本和加工质量都有重大的影响。此外,机床主轴转速也是一项重要参数。所谓合理的切削用量是指充分利用机床和刀具性能,在保证加工质量的前提下获得高生产率和低成本的切削用量[3]。因此,在刀具耐用度一定的情况下,从提高生产效率的角度考虑,切削用量的选择应遵从一个总原则:首先用大背吃刀量,其次选择大的进给量,最后选择大的切削速度。

(1)进给量的选择 加工时工件向Z轴负方向进给一点,刀具沿Z轴方向移动的距离成为进给量,单位为mm/r。通常在粗加工时,进给量的选择注意考虑工艺系统所能承受的最大进给量,如机床进给机构的强度、刀具强度与刚度、工件的装夹刚度等。在精加工或者半精加工时,选择最大进给量主要考虑加工精度和表面粗糙度。此外还要考虑工件材料、刀具半径和切削速度等因素。必要时还需要参照机床说明书来确定进给量。

(2)背吃刀量的选择 正常情况下,背吃刀量的值需要根据加工余量确定,粗加工、精加工或者半精加工时的不同工序的背吃刀量选择一般不同。

粗加工时,在允许的条件下尽量一次切除该工序的全部余量,但如果余量大且机床功率不够、或刀具强度不够时,一次走刀有可能造成机床振动,则尽量采用多次走刀。

(3)切削速度的选择 半精加工和精加工时,铣削速度Vc主要受刀具耐用度和已加工表面质量限制。粗加工时,因背吃刀量和进给量都比较大,应选择较低的切削速度,精加工时选择较高的切削速度;加工材料强度硬度较高时,选择较低的切削速度,反之选择较高的切削速度;刀具材料的切削性能越好,则切削速度越高,反之切削速度越低。

(4)主轴转速的确定 铣削加工时,主轴转速和铣削速度Vc的设定应该根据机床说明书,综合考虑零件材料,加工质量、精度要求、加工的部位等等条件去设定。

此外,在安排粗加工或精加工的切削用量时,同样应综合考虑零件材料,加工质量、精度要求、加工的部位等,再结合机床说明书上给定的建议加工参数和经验参数进行生产加工[4]。

介绍的基于PC的数铣图形参数化编程系统零件工艺设计,数据处理工作量小,编程效率高,通用性强,简单实用,操作均有良好的人机交互界面支持,有利于提高生产效率。

[1]刘 虹.数控加工编程及操作[M].北京:机械工业出版社,2011.

[2]周 文.机械制造工艺[M].北京:北京师范大学出版社,2008.

[3]齐继生,刘世清.最佳铣削用量的选择[J].华东冶金学院学报,2008(4):322-325.

[4]李 斌,姚 进.数控纵切铣床的 CAD/CAPP/CAM集成系统[J].制造科学与工程学院,2006(6):1-2.

Process Engineering Flow of Parts in CNC M illing M achine Graphic Parametric Programm ing System

GE Zhan-fu
(Wuwei Occupational College,Wuwei Gansu 733000,China)

The CNCmilling process includes choosing the workblank,determining the processing craft route,reasonably setting themachining process,choosing the cutting tool,and selecting the cutting parameters,etc.,from manual programming process card to the outputprogram,it is a time-consuming process thatwould seriously influence the production efficiency.In this paper,the intelligent design and implement from the computer graphics to the processing craft could be realized through the process design of parts in CNCmillingmachine graphic parametric programming system,thus to improve the design and processing efficiency of parts,and to shorten the production cycle.

CNCmillingmachine;graphic parametric programming;technology;design

TG547

A

1007-4414(2015)06-0123-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.06.045

2015-09-11

葛占福(1980-),男,甘肃武威人,工程师,主要从事机电、数控方面的教学工作。