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彎管加工，用CAM軟件來解決

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一往冇前

電梯直達

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發表于 2023-3-28 09:27:17 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

彎管是業界公認的難加工零件之一。由于其獨特的結構形式（四分之一圓環），造成無法從一端一次性加工完成。在加工時，刀軸的控制是關鍵中的關鍵，避免刀具與工件已加工表面發生干涉或者過切是重中之重。

在下述案例中，我們將會用到著名的以色列CAM軟件Cimatron。機械社區之前做過的十大機械設計軟件對比中，Cimatron只獲得了少數的投票選擇，大家普遍使用SW、UG等常規軟件，下面我們就從彎管加工案例來看一下這個“陌生”軟件的應用。

一、彎管結構介紹

圖1為彎管的三維模型示意圖，結構要素不多，外形面是正六邊形和內圓面是φ30圓環沿φ90圓四分之一導動而成，兩端有垂直端面φ34圓環臺階。

圖1

二、分析零件

彎管兩端是相互垂直的兩個平面，平面加工即可。需要五軸聯動加工是φ30圓環內面，由于彎曲角度成90°，刀具很難從一端直接干到另一端，為了降低加工難度，故把彎管分別從兩端加工，每端加工46°(大于45°)，并且通過實際計算本例φ8球刀就可以滿足要求，避免定制棒棒糖銑刀的成本。粗加工計算出合適的定位角度五軸定位加工去除大余量，半精加工與精加工刀具軌跡基本一致，本文主要介紹如何編制精加工刀具路徑。

三、創建加工策略及應用

圖2 進入五軸航空銑控制面板

Cimatron五軸加工策略多種多樣，靈活性非常強。主要有以下幾種：①平行銑;②沿曲線銑;③兩曲線之間仿形銑;④平行于曲線銑;⑤曲線投影;⑥兩曲面之間仿形銑;⑦平行于曲面銑。彎管零件的獨特性，造成選擇加工策略的局限性。彎管內圓面為筒狀彎曲面，適合的加工策略有“兩曲線之間仿形銑”和“沿曲線銑”，考慮選擇曲線的方便性故本例使用“沿曲線銑”。

圖3 選擇引導曲線

創建一個高級五軸航空銑刀具軌跡。新建一個程序，主選擇選“五軸加工”，子選擇選“航空銑”，進入五軸航空銑控制面板如圖2。選擇引導曲線如圖3紅色曲線及驅動曲面彎管的內圓曲面，并設置區域類型控制為“以一點或者兩點限制切削”，設置好兩點的位置控制刀具軌跡過中間位置，保證兩端兩次加工有1-2mm重合，以免留下殘余量。

四、五軸聯動刀軸控制線及應用

Cimatron刀軸控制方式主要有以下幾種：

①不傾斜保持與曲面垂直;

②相對于切削方向傾斜;

③根據角度傾斜;

④以固定角度傾斜至軸;

⑤繞軸傾斜;

⑥通過點傾斜;

⑦通過曲線傾斜;

⑧通過直線傾斜;

⑨從點向外傾斜;

⑩從曲線向外傾斜;

⑪相對于葉輪切削層傾斜。

在本例中最理想的刀路軌跡就是繞筒狀彎曲面螺旋向下銑削，并且內圓曲面內空間有限，這樣將對刀軸有嚴格要求，防止對已加工表面造成過切，故將刀具軸線限制在一條曲線上，即選用用“通過曲線傾斜”。

圖4 刀軸控制曲線的繪制

合理的刀軸控制曲線可以使刀路更加的光順，并且刀具不會大幅度擺動。刀軸控制曲線的繪制如圖4，利用三角函數關系即可完成。刀具長度的確定，圖4上39.00尺寸兩端點理論上是最短距離，但是考慮刀柄擺動過程中與零件的干涉故需適當大于39.00。刀軸線長短和圓環內孔直徑長短相當，這樣可以有效保證刀具加工到最底點和最高點時不過切。刀軸線與中心線距離理論上大于刀具長度即可，這里設置為60.00，略大一點可以減小刀具及刀柄的擺動幅度，使機床運行更加平穩。

圖5 設置刀軸控制面板

設置刀軸控制面板如圖5，選擇刀具將通過曲線傾斜，鼠標點開傾斜曲線按鈕并選擇輔助傾斜曲線，曲線傾斜類型設置為由始至終。設置好合理的干涉面檢查后通過計算即可得出刀具軌跡如圖6。另外一側可以鏡像刀軸控制曲線，從新選擇引導線和驅動曲面從新計算得到相同的刀具軌跡。

圖6

五、仿真模擬及后置處理

仿真模擬為機床實際加工的前期模擬虛擬加工，實際上是加工過程三維動態的逼真再現，可以有效的檢測刀具軌跡的正確性及合理性，以及有無過切現象及碰撞現象，有效的降低了對機床的傷害。

圖7 仿真模擬

經仿真模擬無誤后選擇合適機床后置處理轉換刀具軌跡為上機G代碼。在MIKRON UCP800五軸聯動加工中心上驗證后，以上方法切實可行，為彎管五軸聯動數控加工提供了合理的技術支持。