林新貴，鐘飛龍，易根苗

(廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州511483)

如圖1所示的龍鳳銅碗原是某企業(yè)委托我校加工的黃金展品，其整體結(jié)構(gòu)如碗狀，外表面有一龍、一鳳、雙喜、樣條等圖案，加工要求形狀準(zhǔn)確、尺寸精確、各曲面之間過渡光滑自然、圖案逼真、表面粗糙度小。此零件的加工屬于手板試制，目的是檢驗(yàn)外觀、結(jié)構(gòu)能否達(dá)到設(shè)計(jì)意圖。為降低成本，應(yīng)企業(yè)要求，試加工材料采用黃銅。

圖1 龍鳳雙喜碗工程圖

1 零件的建模

首先在Powershape軟件中構(gòu)畫出碗的半邊線框，通過旋轉(zhuǎn)命令生成碗的基本實(shí)體。然后按企業(yè)要求在

外部圖庫導(dǎo)入龍、鳳、雙喜和樣條等圖案，將其投影到碗的實(shí)體曲面上。最后通過拉伸命令將圖案拉伸成0.7 mm 高的實(shí)體，通過實(shí)體求和命令使碗基本實(shí)體和圖案實(shí)體成為一個(gè)實(shí)體，如圖2所示。

圖2 龍鳳雙喜碗實(shí)體圖

2 工藝分析

2.1 零件分析和毛坯準(zhǔn)備

對(duì)零件圖分析可知:龍鳳銅碗最大高度為48.1 mm，最大直徑為103.3 mm，碗壁厚度約為2 mm，在碗外表面上有一條龍、一條鳳、兩條鏈條和兩個(gè)雙喜圖案，圖案的高度為0.7 mm，圖案結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，并且構(gòu)成要素細(xì)小，尤其是鳳的尾部羽毛結(jié)構(gòu)十分細(xì)小，對(duì)編程和刀具選用有較高的要求，曲面數(shù)據(jù)龐大，加工精度要求較高。表面粗糙度要求較小。考慮裝夾的需要，把黃銅毛坯加工成φ104×53 mm，作為工件裝夾粗基準(zhǔn)。

2.2 加工方案的確定

由于碗上圖案是分布在一張回轉(zhuǎn)的曲面上，曲面比較陡，形成較多的倒勾面，三軸數(shù)控機(jī)床無法加工，為了能把圖案清淅地加工出來需用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，根據(jù)現(xiàn)有條件選擇了DMU40 五軸聯(lián)動(dòng)高速加工中心。碗手板加工可有兩種方案，第一種方案是先加工碗的內(nèi)表面(光滑面)，再翻轉(zhuǎn)180°后加工碗的外表面(圖案面)。這種加工方案的缺點(diǎn)是翻面后不好定位，由于已加工好的內(nèi)表面是光滑的，不利于裝夾定位，不易保證龍鳳雙喜圖案的精度和粗糙度。第二種方案是先加工碗的外表面 (圖案面)，再翻轉(zhuǎn)180°后加工碗的內(nèi)表面(光滑面)。這種加工方案彌補(bǔ)了第一種加工方案的缺點(diǎn)，但它也會(huì)產(chǎn)生工件剛性較差的問題，可采取減小切削用量和增大刀具直徑等措施來降低不利的影響。

2.3 裝夾方式

首先加工的部位是外表面，裝夾工件前先加工出下一工序的定位基準(zhǔn)，將毛坯尺寸加工至φ98×53，采用三爪自定心卡盤裝夾(如圖3所示)。毛坯露出三爪卡盤至少50 mm，毛坯底部用3個(gè)等高的基準(zhǔn)塊作為軸向定位;用探測(cè)頭精確找正工件的圓心作為X、Y軸的原點(diǎn)，毛坯頂面下降0.5 mm 作為Z軸的原點(diǎn)。

碗外表面加工完畢，第二次裝夾的加工內(nèi)容是粗加工型腔(如圖4所示)。工件翻轉(zhuǎn)180°，以φ98 外圓柱面為裝夾面，碗底用一根基準(zhǔn)圓柱棒支承作為軸向定位基準(zhǔn)。用探測(cè)頭精確找正工件的圓心作為X、Y軸的原點(diǎn)，毛坯頂面下降0.5 mm 作為Z軸的原點(diǎn)。

碗手板內(nèi)表面精加工時(shí)的裝夾是一大工藝難題，經(jīng)研究，選用石膏作為粘結(jié)劑固定工件。預(yù)先設(shè)計(jì)和制造一個(gè)石膏盒，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮碗的最大直徑、最大高度尺寸和基準(zhǔn)面的平面度等要求;需特別強(qiáng)調(diào)的是，一定要保證石膏盒的形位公差要求。操作過程是調(diào)好石膏槳，把碗放到石膏盒里，以底面作為定位基準(zhǔn)，固定不動(dòng)，往盒里倒入石膏槳，均勻填滿整個(gè)石膏盒。待石膏干硬后，在碗口面找4個(gè)點(diǎn)打表檢查是否水平，如不水平，進(jìn)行調(diào)整直到水平。用探測(cè)頭精確找正工件的圓心作為X、Y軸的原點(diǎn)，碗的頂面作為Z軸的原點(diǎn)(如圖5所示)，三次裝夾加工后的工件分別如圖6—8所示。

圖3 工件第一次裝夾圖

圖4 工件第二次裝夾圖

圖5 工件第三次裝夾圖

圖6 第一次裝夾加工后的工件

圖7 第二次裝夾加工部位示意圖

圖8 第三次裝夾加工后的工件

2.4 加工刀具的選擇

由于毛坯材料是黃銅，硬度較低，切削性能較好，刀具材料選擇普通高速鋼刀具。同時(shí)碗上圖案結(jié)構(gòu)比較細(xì)小，半精加工及精加工時(shí)盡可能選擇直徑較小的刀具，加工碗手板所用刀具如表1所示。

表1 刀具卡

2.5 制訂程序單

數(shù)控程序單是數(shù)控編程的主要依據(jù)，基于以上分析，制訂碗手板的程序單如表2所示。

表2 程序單

2.6 加工工序及關(guān)鍵工藝參數(shù)表

根據(jù)零件各加工區(qū)域形狀和幾何特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行工藝分析，各加工工序及關(guān)鍵工藝參數(shù)的設(shè)定見表3(表格中空白處表示無需設(shè)置)。

表3 加工工序及關(guān)鍵工藝參數(shù)表

3 結(jié)束語

五軸編程之后還要注意兩個(gè)問題:一是刀具路徑仿真，五軸數(shù)控機(jī)床編程比三軸數(shù)控機(jī)床復(fù)雜得多，五軸數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，編程時(shí)安全問題不能不考慮。在CAM軟件中進(jìn)行刀路仿真時(shí)，有些安全隱患是看不出來的，比如刀軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡。為了安全起見，五軸加工刀具最好經(jīng)過專業(yè)的仿真軟件進(jìn)行仿真加工。二是后置處理，五軸刀具路徑生成后要進(jìn)行后置處理才能產(chǎn)生NC代碼，而五軸數(shù)控機(jī)床的后置處理一般沒有通用性，不同類型的五軸數(shù)控機(jī)床不能使用同一后置處理機(jī)床選項(xiàng)文件，要根據(jù)具體的機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸配置 (雙擺頭機(jī)床、雙轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床、一擺頭一轉(zhuǎn)臺(tái))、工作臺(tái)的行程、數(shù)控系統(tǒng)等因素訂制適合自已機(jī)床的后處理選項(xiàng)文件，這樣產(chǎn)生的NC代碼才正確，否則會(huì)造成走刀路線不正確，甚至造成機(jī)床與工件碰撞的嚴(yán)重后果。

按照上述工藝設(shè)置，應(yīng)用PowerMILL軟件進(jìn)行五軸編程，在解決路徑仿真、后置處理和裝夾難題之后，龍鳳銅碗的數(shù)控加工就是一個(gè)簡(jiǎn)單的操作問題了，最終我們用了大約12 h 完成了產(chǎn)品的整體加工(如圖9所示)，經(jīng)檢測(cè)，其尺寸精度和表面質(zhì)量都達(dá)到了要求。

圖9 加工后的龍鳳銅碗

【1】林新貴，易根苗，詹欣榮.基于MASTERCAM的深槽窄縫零件數(shù)控加工技術(shù)研究[J].機(jī)床與液壓，2010，38(4):12－14.

【2】楊書榮、周敏.深入淺出PowerMILL數(shù)控編程[M].北京:中國(guó)電力出版社，2008.

【3】夏天，單巖.PowerMILL數(shù)控編程基礎(chǔ)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社，2005.

【4】馬海龍，段輝，湯愛君.薄壁零件切削變形的研究現(xiàn)狀綜述[J].機(jī)床與液壓，2010，38(09):117－119.

【5】黃曉峰，楊敏.高速銑削薄壁鋁合金表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)分析及應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2010，38(20):20－22.

【6】張斐，陶建華，劉曉初，等.基于POWERMILL的模具電極數(shù)控加工編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2010，38(12):24－26.

【7】彭新榮，孫小撈.影響高速銑削加工質(zhì)量的因素及PowerMILL 高速銑削加工策略[J].機(jī)床與液壓，2011，39(12):22－23.

【8】李海濱，唐小波，高天宇，等.葉片數(shù)控加工表面粗糙度控制的研究[J].機(jī)床與液壓，2011，39(23):26－28.