基于Power Mill的螺旋电极的仿真加工应用

2021-08-24宁夏职业技术学院苏红磊

河北农机 2021年8期

宁夏职业技术学院苏红磊

前言

21世纪是制造业飞速发展的时代，随着CAD/CAM的发展，越来越多的产品借助于计算机进行制造。PowerMill是一款功能强大、加工策略丰富的数控加工编程软件，完善的加工策略，简单易学，其智能化过切保护、刀具过载保护、丰富的高速加工细节处理、刀杆与刀柄碰撞检查、优化的计算方法等优点，极大地保证了加工的安全性[1]。现以一螺旋电极模型为例，通过对其加工工艺流程的探讨，提出CAM加工规范化思路，为CAM编程人员多进行轴加工提供参考。

1 圆柱凸轮模型案列应用

1.1 零件加工特性分析

观察螺旋电极图1，外圆柱面为ф6.6mm，加工时零件刚性不好，所以选用较小的切削用量。根据螺旋特性，刀具保持Y轴和Z轴不动，只沿着X轴运动，工件装夹在数控机床的第四轴回转工作台上旋转，刀具沿着螺旋槽运动，绘制参考线，选用参考线和螺旋精加工策略，根据对称性，对刀路轨迹进行旋转复制。测量螺旋槽宽为4.5mm，使用D6的刀进行粗加工，D2的刀进行精加工，加工方案见表1。

图1 螺旋电极模型

表1 螺旋电极加工方案

1.2 编程参数预设置

1.2.1 模型输入

启动Power Mill软件在操作界面资源管理器中点击模型，右键输入螺旋电极模型，摆放至合适角度。

1.2.2 参数设定

（1）坐标系及毛坯设定

螺旋电极整体呈圆柱状，因此设定毛坯时选用圆柱，坐标系使用命名的工作平面，毛坯Z轴为圆柱轴线方向，毛坯的大小以包络体计算。扩展值不宜过大，通常以实际加工过程中的毛坯为准。再设置加工坐标系，以左端中心为坐标原点，Z轴方向向上，X轴向右，如图2所示。

图2 螺旋电极加工坐标系

（2）刀具创建

螺旋电极外表面为曲面，因此在加工中选用球头铣刀，经过测量，螺旋槽宽为4.5mm，使用D6的刀进行粗加工，D2的刀进行精加工。

（3）参考线绘制

创建参考线，可以使用其它CAD软件绘制、导入，也可以使用Power Mill软件的曲线编辑器Beizer曲线在螺旋面绘制曲线，首尾相连，线条连续。由于参考线精加工是根据参考线在模型上的投影创建刀具路径，因此参考线的位置直接影响刀具加工路径，参考线外边缘尽量靠近零件轮廓。观察螺旋电极共有四个螺旋区域，对绘制完成的参考线进行旋转复制，数量为4，角度90，选择正确的旋转轴X，从而创建出4条参考线。

图3 螺旋电极参考线旋转复制

（4）部分加工参数预设值

根据工艺方案表对切削用量进行参数设置，因为毛坯是圆柱，四轴加工，因此安全区域用圆柱，刀轴朝向螺旋电极轴线，“I”为1。在实际数控加工中，切削用量设置要根据刀具、材料和机床的特性综合考虑。

1.3 仿真加工与后处理

1.3.1 粗加工策略

粗加工主要考虑效率，在现有的条件下尽快去除多余加工量，保证后续精加工的加工余量均匀，从而有利于提高加工精度。粗加工采取参考线加工方式，从底部位置开始驱动曲线，测量加工余量为2.25，考虑螺旋电极尺寸相对较小，加工过程中易振动，因此采用多重切削11次，最大下切步距为0.1。刀轴方向采用朝向X轴，即朝向直线。切入、切出水平圆弧，连接曲面上，将四部分螺旋面的刀具路径合并，仿真加工结果如图4。从图中可以看出，在螺旋电极端部有明显的刀具换向铣削痕迹，螺旋槽中也有沿着参考线加工的痕迹，刀具加工残留高度明显，根据刀具路径统计结果抬刀4次，理论用时2.26min。螺旋电极回转方向与走刀方向不一致，更换加工策略为旋转精加工，行距0.1，刀具D6，仿真结果如图5所示，刀具加工残留高度明显改善，从表2刀具路径统计中，可以看出理论用时3.24min，因此粗加工选用更高效的参考线加工，半精加工采用旋转加工策略。

表2 刀具路径统计

图4 螺旋电极参考线仿真结果

图5 螺旋电极旋转仿真结果

1.3.2 半精加工策略

旋转精加工适合圆柱类形体，加工参数保持刀轴不变，参考方向螺旋，行距0.1，刀具D6R3。螺旋电极的螺旋面最小圆角半径为1mm，有D6的球头铣刀加工不到的最小圆角部分。增加半精加工为了精加工时只切削较少的余量，螺旋电极外形尺寸相对较小，精加工刀具直径小，刚性较差，小的切削量可以减少加工过程中的振动，提高零件表面的加工质量。

1.3.3 精加工策略

采用D2的球头铣刀，旋转精加工策略，行距0.07，对螺旋电极外表面进行精加工。精加工目的是提高表面加工质量，铣削方向为顺铣，节距采用螺旋，工件转一圈刀具沿X轴进给量。同时增加Y轴偏移0.1，避免球头铣刀刀尖切矢法向铣削，使刀尖偏移0.1，理论上刀尖铣削速度为零，会影响工件加工表面质量，用侧刃先参与铣削。最终仿真加工结果如图6所示。