如图1所示,是我公司在模具加工中遇到的一个比较复杂的零件,毛坯尺寸长158mm、宽128mm、高35mm,材质是45钢,上面有内轮廓、曲线凸凹台、复杂曲面、曲线槽、螺纹、内孔及齿轮等较全面的加工要素,它的CAXA制造工程加工方法具有一定的代表性。该软件编程准确性高、容易掌握,可以生成世面上常用数控系统的G代码,有丰富的粗、精加工命令,同时还具有通信功能。
图1零件三维图
1.?零件的结构特点
如图2所示,零件正面上端有R50mm和2个R4mm组成的曲面,并且曲面边界还有一周R5mm圆弧倒角,心部有R20mm和4个R5mm组成的曲面,根部有4个R3mm的倒角,这些结构要素使得造型和加工都有一定的难度。
图2零件图
正面心部的齿轮参数是:模数m=4,齿数z=9,齿顶高系数ha=1,齿顶隙系数C=0.25,径向变位系数X=0.4,跨齿数K=2,公法线Wn=19.5+0.2+0.1(mm),CAXA没有提供专业的齿轮造型命令,能通过函数曲线造型,但是该方法较繁琐且有变位系数后造型更困难。
零件正面下端的曲线槽尺寸不易保证,两个90°的缺口不封闭,要做辅助线封闭才能编程加工。
背面内轮廓边上有两个不同方向的椭圆,中心有圆弧组成的内外六方花瓣,上下有两个圆弧曲线岛屿,这些要素在加工中还要倒圆角,要选择合理的造型才比较方便。
2.零件加工工艺分析
使用CAXA制造工程加工零件,无须画出完整零件再加工,第一这样停机时间长,浪费加工时间;第二在选择局部加工时,零件之间的各要素会有干涉,反而不方便出程序轨迹。
该软件在加工平面轮廓要素时,支持只划出零件轮廓线进行粗、精加工。曲面加工可以通过实体或曲面进行编程加工。实现局部加工必须用曲面,有些精加工命令只能用曲面选取加工。
其粗加工命令不但可以实现粗加工,也可以当精加工命令使用。
精加工命令可以使用轨迹平移形成多个层次,连接轨迹变成一个整体的粗加工命令;粗加工命令可以通过设置层高,将一层加工轨迹变成精加工命令。
“CAXA制造工程师”的平面轮廓要素,可以使用平面区域粗加工和轮廓线精加工完成零件粗精加工,也可以使用轮廓线精加工做粗加工使用。曲面粗加工可以使用等高粗加工,也可以用参数线精加工和三维偏置面两个精加工命令作粗、精加工使用。
由于图中的尺寸精度较高,决定采用粗加工、半精加工及精加工达到尺寸精度,半精加工和精加工采用相同的刀具和切削参数,可修正刀具各种几何误差及零件的弹性变形,容易保证尺寸,对重要的底面也需进行精加工。
该零件使用FANUC数控加工中心进行加工,所有刀具轨迹按发那科后置格式生成程序,传输使用CAXA自带通信功能按FANUC设置传输,对较大的曲面程序使用在线加工;后面的加工编程以出刀具轨迹为结束。
3.零件的加工工艺
(1)加工正面外轮廓:用机虎钳装夹夹持150mm的两面,露出虎钳面30mm,底面垫垫铁,用面铣刀铣光顶面,立铣刀加工四周。如图3所示,黑色是毛坯线框图,蓝色是零件轮廓曲线,咖啡色是刀具轨迹线,粉红色是刀具进刀线轨迹,红色是刀具退刀线轨迹。由图1可以看出外形是平面轮廓图形,按零件装夹位置划出零件轮廓线,采用φ18mm的机夹立铣刀,由于刀具直径超过了零件单边余量,所以在X-Y平面内不用分层加工。
图3加工外轮廓轨迹
使用轮廓线精加工命令,在层高中设置-28~0mm的深度加工范围,层间螺旋进刀以保持加工平稳。强制在毛坯外下刀,精加工余量留1mm,转速2000r/min,垂直下刀1.5mm,进给速度600mm/min,生成轨迹如图3所示。
半精加工、精加工采用同样的命令和刀具,半精加工在余量中把参数设置为0.5mm,转速2400r/min、吃刀深度为Z向5mm、进给速度300mm/min。精加工按检测的实际尺寸调整余量参数,用相同的切削参数加工成形。
(2)加工正面两边缺口:打开CAXA界面,按零件装夹画出一个缺口图形,因采用平面区域粗加工命令必须有一个封闭的轮廓线,为了在三个直角边处不留残料,必须把两个直角边平移出一个刀具半径后形成封闭轮廓才能产生刀轨。
粗加工参数设置,采用φ18mm的机夹立铣刀,从外向里环切加工。层高设置为-15~0mm的深度加工范围,切削参数同上。通过镜像生成另一缺口的刀具轨迹,连接两个轨迹实现一次加工,轨迹如图4所示。
图4加工两边缺口的轮廓轨迹
半精加工和精加工使用轮廓线精加工命令,方法同上。
(3)加工30°斜面和R50mm的曲面:加工中使用实体造型,再通过实体表面命令把实体表面转换为曲面进行加工,也可以直接造曲面进行加工。使用粗加工和精加工两道工序。
30°斜面采用参数线命令粗、精加工,参数线是精加工命令,无法分层