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詳細(xì)了解精密模具粗加工和精加工技術(shù)

作者: 來(lái)源: 日期:2015/1/5 9:20:20 人氣:3034
      大家都知道,高速加工(HSM)對(duì)刀具夾持系統(tǒng),刀具質(zhì)量,被加工零件材料,機(jī)床性能,,及CAM軟件的要求都非常高,每個(gè)環(huán)節(jié)都需要優(yōu)良品質(zhì)才能完成加工。其中CAM軟件對(duì)其影響最大。HSM對(duì)CAM軟件提出了極高的要求:全程自動(dòng)防過切處理能力及自動(dòng)刀柄干涉檢查,豐富的符合高速加工要求的加工策略,具有高計(jì)算編程速度,強(qiáng)大的智能化操作。而UG在上述要求的都有詳細(xì)的詮釋,加工軟件更新?lián)Q代之快,而Unigraphics CAM卻始終能站在業(yè)界的頂端。

     在以往的實(shí)際加工中,經(jīng)常因經(jīng)驗(yàn)不足及傳統(tǒng)的工藝概念所限,一直無(wú)法達(dá)到所需要的高質(zhì)量要求。為了在激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先地位,需要我們?cè)诩庸ば始百|(zhì)量上有一個(gè)新的提高,進(jìn)行了一系列的高速加工運(yùn)用,并取得了一些成果。 

     精密模具加工的最后一道精加工工序傳統(tǒng)的工藝一直是EDM,它的優(yōu)勢(shì)在于,加工前對(duì)電極的檢測(cè)可較好控制被加工零件的尺寸精度,加工過程中不存在硬性的干涉,熱分布小,表面光潔度逼普通CNC機(jī)床的加工質(zhì)量等要好。但是也有一些缺點(diǎn),給精密模具尤其是外觀極為重要的塑膠模生產(chǎn)帶來(lái)困難。其一,模具的成型需經(jīng)過兩道拋光工序,已很難保證外觀塑膠件所需的棱角分明等要求。其二,粗精電極的加工及檢測(cè)將花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。在現(xiàn)代模具加工中,直接用高速CNC機(jī)床銑出高質(zhì)量的光潔表面,盡量使用直徑細(xì)小刀具作深腔或清角高速加工,減少電火花加工,高速低負(fù)荷下切削,比低速高負(fù)荷切削更快切除材料,減少熱變形,提高模具生產(chǎn)效率,已是大勢(shì)所趨,可稱之為機(jī)械加工行業(yè)的一次革命。 

     高速加工的粗加工所采取的策略是:高進(jìn)給率、高切削速度、和小切削量。UG能盡可能地保持刀具負(fù)荷的穩(wěn)定,減少任何切削方向的突然變化,保持最大和穩(wěn)定的切削速度。我們需要使用了淬火至50-55HRC的淬硬材料,傳統(tǒng)加工方式先開粗再淬火,然后再進(jìn)行精加工,工序較長(zhǎng)?,F(xiàn)在有高速機(jī)床、鈦涂層合金刀具與UG CAM的保證,可減少之前很多不必要的環(huán)節(jié)。
      1.刀具運(yùn)動(dòng)控制: UG在刀具運(yùn)動(dòng)控制中有極豐富的策略,可以控制到機(jī)床的每一個(gè)動(dòng)作。起刀和退刀的圓弧或斜線下刀,層與層之間刀具的多種連接方式,在程式中選用可以避免直線下刀造成刀具刃口損傷甚至斷裂,減少頻繁的切入切出所造成的沖擊。在拐角走刀處,加上等圓角半徑 連接,光滑切削,大大提高實(shí)際的進(jìn)給速率,避免不連續(xù)和突然加速度變化。UG豐富切入切出及連接方式極大限度的滿足了高速加工的要求 另外,UGCAM中還具有獨(dú)特的區(qū)域過濾功能,對(duì)于沒有中心切削力的牛鼻刀,UG可以使用該功能過濾掉一些加工盲區(qū)的路徑,并且提出警告,避免斷刀事故發(fā)生。雖然UG CAD利用強(qiáng)大的后參數(shù)化工具能將不需進(jìn)行銑削加工的模型特征修改或簡(jiǎn)化,但無(wú)疑這一過濾選項(xiàng)帶來(lái)效率的提高和加工的安全性。 刀路中過多的空程移動(dòng)也是HSM的一大忌諱,UG能在粗加工中選擇跟隨周邊的偏置路徑可減少許多不必要的跳刀,通常比跟隨工件和平行加工路徑為佳,大大節(jié)省了開粗時(shí)間,刀具保持了恒定的切削力也延長(zhǎng)了使用壽命。 
     2.二次開粗是半精加工前必須的,并且需要選擇比粗加工更小的刀具,從UG NX開始引入了參考刀具功能,能智能快速識(shí)別上把刀具所殘留的未切削部分而留下的臺(tái)階,設(shè)置成本次切削的毛坯,并能根據(jù)設(shè)置自動(dòng)清除殘留余量,而進(jìn)行層層加工從而使余量得到保持均勻,為下道工序做好準(zhǔn)備。需注意重疊區(qū)域選項(xiàng)要根據(jù)兩把刀直徑的比例設(shè)置合適的數(shù)值,以免在實(shí)心處下刀。
     3.高速銑削時(shí),需要避免在銑削時(shí)刀完全嵌入而切削受阻乃至斷刀。UG粗加工中針對(duì)這樣的要求,提出了一個(gè)獨(dú)特加工功能:擺線加工,擺線加工是利用刀具沿一滾動(dòng)的圓的運(yùn)動(dòng)來(lái)逐次、逐層對(duì)零件表面進(jìn)行高速、高效、小切量的非常流暢的切削。結(jié)合UG高效的過程毛坯的識(shí)別,粗加工的效率得到最大限度的提高。
      很高的光滑、精度的零件表面質(zhì)量是精加工的基本要求,輕松實(shí)現(xiàn)精細(xì)區(qū)域的加工。在半精加工時(shí)公差可適當(dāng)調(diào)大,節(jié)省計(jì)算時(shí)間。依我們的經(jīng)驗(yàn),所選用的刀具最好小于精加工使用的刀具,或提前清根,避免精加工時(shí)刀具在拐角處的碰撞。在有把握的情況下,可將切削余量留少一些,以利于延長(zhǎng)精加工刀具的壽命。
    1.我們?cè)诎刖庸r(shí)習(xí)慣使用fixed-contour中的area-milling方式,其中的on part功能尤其合適。它可沿著曲面上保持非常一致的切削行距,完整的將所有面粗加工時(shí)帶來(lái)的刀痕做一次徹底清除,保證精加工負(fù)荷的穩(wěn)定性。 
    2.在實(shí)際加工過程中發(fā)現(xiàn),以往使用固定軸銑時(shí),如選擇了UG默認(rèn)的圓弧插補(bǔ)方式,輸出的PTP文件容量會(huì)較大,尤其是選擇45度精加工。在預(yù)讀能力稍差的機(jī)床上,如果使用較高的進(jìn)給速度,工件表面會(huì)產(chǎn)生深淺不一的吃刀現(xiàn)象,使表面光潔度大為下降。在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中我們找出了一種合適的解決方法,選用了UG提供的另一種圓弧插補(bǔ)方式,這種方式處理完后的ptp文件大為減小,使得機(jī)床的預(yù)讀負(fù)荷減輕,能夠輕松的在較高的進(jìn)給速度下保持非常高的光潔度和表面質(zhì)量。 
    3.在傳統(tǒng)的加工中,基本上都是用直線和圓弧組合進(jìn)行對(duì)幾何模型的逼近,對(duì)于復(fù)雜的高級(jí)曲面及曲線,這種插補(bǔ)將使數(shù)據(jù)大大增加,增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間和困難,而且加工精度和表面質(zhì)量都往往很難滿足要求,對(duì)高速加工更會(huì)產(chǎn)生不良效果。在輸出加工數(shù)據(jù)時(shí),UG不僅支持標(biāo)準(zhǔn)的直線和圓弧插補(bǔ),而且具有NURBS插補(bǔ)功能。UG樣條軌跡生成器模塊允許在UG軟件中直接生成基于Nurbs非均勻有理B樣條的刀具軌跡數(shù)據(jù),從而允許用一系列曲線運(yùn)動(dòng)而不是大量的短的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行精加工,使得生成的軌跡擁有更高的精度和光潔度,而加工程序量比標(biāo)準(zhǔn)格式減少35%~55%,實(shí)際加工時(shí)間則因?yàn)楸苊饬藱C(jī)床控制器的等待,由于每一段NURBS 運(yùn)動(dòng)更長(zhǎng),速度調(diào)整更少,機(jī)床控制器能向前看得更遠(yuǎn),加工時(shí)間大幅度縮短。 
     4.在加工中,由于所選刀具直徑或圓角較大,使得零件中夾角部分留量過大,這樣就需要再用一把較小的刀具對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行特定的加工,用小直徑的刀具將臺(tái)階根部或小R角處做到位,一般情況下這些區(qū)域正好就是型腔中的根區(qū)和拐角。UG CAM中的流線加工功能就是專門為以上情況提供的解決方案,能自動(dòng)找出待加工零件上滿足“雙相切條件”的區(qū)域,并可以靈活的采用將刀路分離、刪除與融合等各種辦法進(jìn)行刀路計(jì)算處理,并自動(dòng)生成一次或多次走刀的清根程序。
     三.CAD對(duì)高速加工的影響 
     CAD對(duì)高速加工的質(zhì)量和穩(wěn)定性的影響毫無(wú)疑問是最大的,而UG是一個(gè)CAD\CAM一體化的軟件,有著單一的數(shù)據(jù)來(lái)源,并且具有關(guān)聯(lián)性,這就從根本上杜絕了
交換據(jù)數(shù)對(duì)精度的影響。通常由一個(gè)CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì),然后轉(zhuǎn)換至另一個(gè)CAD系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計(jì)和加工準(zhǔn)備。每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí),都需要將幾何形體由一種格式轉(zhuǎn)換至另一種格式,這往往是以精度降低為代價(jià)的。有的CAM軟件還必須將實(shí)體轉(zhuǎn)換成曲面,帶來(lái)了甚至是面的破損和丟失。精確性和完整性的折衷,這是我們所不期望看到的。 UG有著統(tǒng)一的解決方案,有著單一的用戶界面,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),緊密的集成使模型具有互操作性,關(guān)聯(lián)性,使設(shè)計(jì)改變得到快速反應(yīng),能處理復(fù)雜模型,直接加工掃描數(shù)據(jù),支持并行工程。因此能大大提升了生產(chǎn)效率。
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