风扇叶片的加工.doc_咨信网zixin.com.cn

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基于Cimatron的曲面数控加工编程曲面的数控加工是反向工程的重要步骤之一，只有通过编程加工出按“点云”数据重构的复杂曲面，反向工程才有实际价值。在Cimatron软件的CAD／CAM 集成环境下以较高的切削加工效率、好的成型质量和最佳的加工粗糙度以及最流畅的工艺过程加工出反求的复杂曲面显得尤为重要。为了论述的方便以某型电风扇叶片和电话机听受话筒的复杂曲面数控加工编程为例进行论述。 2．1 定义MACSYS加工坐标系为了使编程人员系统而又方便地管理产品的整个数控加工过程，保证加工质量，在编程前，首先需定义一个加工坐标系。在进入MACSYS系统后，如果系统内没有其它加工坐标系存在，则Cimatron软件会自动生成一个新的坐标系(M—MODE)，如果系统内已存在加工坐标系，则选择一个合适的加工坐标系?在反向工程中加T某一曲面时，往往曲面的具体尺寸不详，冈此建议采用系统自动生成的新坐标系(M—MODE)，并把编程零点设住此加工坐标系的原点，待后面的程序完成后处理时，了解丫具体尺寸后再作处理： 2．2 建立刀具资料库和选择加工类别建立刀具资料库是根据本单位加工中心刀具库的刀具以及加1 曲面所要选用的刀具种类，建立一个刀具库，把刀具的有关参数，如切削刃长度、切削角以及刀杆长度输入刀具库中。本文加工所用的是4)20 mm 和4)12 mm两把球头铣刀。由于Cimatron软件能够进行2～5轴的铣削加工、数控车和线切割等数控加工的编程，所以编程前要选择加工类别，这里选择3轴铣削加工编程。 2．3 编程毛坯的建立要编程加工出电风扇叶片和电话机听受话筒的曲面，必须先建立它们的编程毛坯，而且要使编程毛坯和实际加工毛坯的尺寸一致。由于这两个曲面都是空间曲面，不仅它们的尺寸难以测量，而且它们在加工坐标系中的位置也不好确定，所以要建立多大的编程毛坯以及把该毛坯放在加工坐标系中的什么位置都是要解决的问题。为了确定所需编程毛坯的大小及其所在的位置，先按曲面大小，用软件建立编程毛坯的方法自动建立一个编程毛坯，这也是加工出曲面所需的最JJ,~H工毛坯，查看其尺寸及在加工坐标系中的位置，然后用输入坐标值建立矩形编程毛坯的方法，经过人工简单的计算，把一个满足条件的加工毛坯的尺寸输入计算机，定义出一个编程毛坯。本文采用这种方法，不仅使编程毛坯的大小和加工毛坯的大小一样，而且此编程毛坯所在的位置能够包围住所要加工的曲面，编出的程序有实际加工意义。建立的编程毛坯分别如图2a和图 2b所示 (b) 图2 电风扇叶片和电话机听受话筒的编程毛坯图 2．4 粗加工编程数控加_T分为’粗i加工和精加工：在加工复杂曲面时，约70％的余量在粗加工时切除，因而大量的加工工时被消耗于粗加工过程为此要选用一种合理的、高效的粗加T方法进行编程加T：根据前面的数控加工工艺分析，层切法是一种高效的粗加工方法：Cima— tron提供了一种“WCUT”的加工方法，这种方法在封闭区域中逐层铣削曲面，其铣削面为平面。这是一种层切法，它不仅有粗加工的能力，而且还能进行一定程度的精加工，所以选用“WCUT”的加工方法对电风扇叶片和电话机听受话筒的编程毛坯进行粗加工编程较好。用“WCUT”的加工方法进行加工，在同一层加工面中z坐标值不变；在每一层加工面里采用的是行切削，在一行里值或y值不变，这样加工效率就比较高；走刀方式采用往复式，虽然加工精度低些，但加工效率高。切削方向采用反向工程数据采集的扫描线方向。由于电风扇叶片的表面曲率半径比较大，但曲率变化不大，为了提高加工表面的精度，刀具直径可以选择大些的，这里选用4)20 mm球头铣刀；进刀和退刀方式选用切矢方向切人和离开。切削用量为：主轴转速 2 000 r／min，每层加工步长2 mm，层内加工步长也是 2ram。对于电话机听受话筒的表面曲率半径某些地方比较小，而且曲率变化也大，为了能够用一把刀加工出其表面且满足精度要求，球头铣刀直径选择小些，其值为4)12 mm；进刀和退刀方式也选用切矢方向切人和离开，以利于提高表面的加工质量；切削用量为：主轴转速2 000 r／min，每层加工步长1 mm，层内加工步长也是1 mm，粗加工的余量是1．6 lTlm，表面粗糙度是 0．05 mm。图3为电风扇叶片和电话机听受话筒模拟粗加工后的效果图。 (a) (b) 图3 电风扇叶片和电话机听受话筒的粗加工模拟图 2．5 精加工编程对精加工来说，首先考虑的是达到要求的精度，所、；= ．：。⋯ 平昂‘‘ 州维普资讯以精加工编程的原则是在保证加工精度的前提下尽可能提高加工效率。而编程时的加工方法选择和加工参数的设定则应根据所加工曲面的具体儿何拓扑关系来定。对于电风扇叶片从其粗加工的模拟图叮以看出，其加工效果比较理想，是由于其表面曲率半径比较大，但曲率变化并不大的几何拓扑关系决定的，所以可以继续选用“WCUT”的加工方法对其进行精加工编程。在层内仍然采用行切削，切削方向、刀具直径、进退刀方式亦与粗加工相同。而走刀力‘式由往复型式改为单方向走刀方式。这种走刀方式在切削加工过程中能保证顺铣或逆铣的一致性。虽然加工时间长些，但加工精度较高。这里只选择顺铣。切削用量为：主轴转速 3 000 r／min，每层加工步长0．3 mm，表面粗糙度0．01 mm。图4a是按上述方式和参数编程的电风扇叶片精加工模拟加工图。由图可见，对于电风扇叶片这种曲面采用“WCUT”的加工进行粗加工和精加工的效果还是比较好的，加工效率也高，达到了预期的效果。由于电话机听受话筒的表面比电风扇叶片的表面复杂，有凹有凸，表面曲率大小不一。从粗加工模拟图看，层问加工步长是1 mm，层内行切削的步长也是1 mm时，加工效果也不是很好。所以该零件的曲面不宜用“WCUT”的加工方法对其进行精加工编程。 Cimatron提供了几种精加工曲面的方法，经过比较试验，用“SRFPRT”加工方法加工该零件的曲面比较好。 “SRFPRT”加工方法是在限制的封闭区域中精加工曲面的一种方法，它可以沿曲面的凹凸变化进行加工，正好符合该零件凹凸变化的特点，而且它的走刀方式也提供了平行切削、螺旋切削两种方式。对该零件来说，在编程时仍然采用沿扫描方向的行切削，但这时的行切削和粗加工时在层内的行切削不同，粗加工时层内的z值不变化，只能沿z方向一层层的切削，而这里的z坐标值随着曲面的起伏而变化，是对反向工程数据采集阶段三坐标测量机测量数据的一种再现。为了提高加工精度，走刀方式由往复式改为单向走刀式，虽然加工时问长一些，但加工精度较高，这符合精加工编程精度优先的原则。切削用量为：主轴转速3 000 r／ min，表面粗糙度0．01 mm，行切削的行间加工步长则根据前述的残留刀痕高度法来确定。其值设定为 0．01 mm，其它参数如刀具直径、进退刀方式和粗加工一样。图4b是按上述方式和参数编程的电话机听受话筒精加工模拟加工图，可见用残留刀痕高度法来控制加工步长，可获得比较均匀和比较高的表面加工精度。所以“SRFPRT”加工方法，不但加工精度高，而且； LUUt) 耳弗删【a) 【b J 图4 电风扇叶片和电话机听受话筒的精加工模拟图 2．6 数控)SilT程序的后处理要使编制的程序在加工中心上实现，还得把“六． cl”格式的刀具轨迹文件转换为加工中心能够接受的，后缀为“demo”的G代码文件。通过Cimatron的加工管理环境把对应的电风扇叶片和电话机听受话筒的刀具轨迹文件转换为G代码文件，在加工中心工作台上安装好加工毛坯，对好刀，并把生成的G代码文件通过计算机输入到加工中心控制系统，就能复制出通过反向工程反求出的电风扇口1 片和电话机听受话筒的复杂型面。 3 结语在实物复杂曲面的反向工程中，需要对零件复杂曲面进行数控加工编程，是反向工程的重要环节之一：只有选择合理的加工方法、切削用量、加工余量、走刀方式、进退刀方式等工艺才可以以较高的切削加工效率，好的成型质量和最佳的加工粗糙度加工出所需要的曲面。层切法是一种高效的加工方法，根据所加工曲面的具体几何拓扑关系，在Cimatron的CAD／CAM 集成环境下，对平缓型曲面用“WCUT”进行粗、精加工，对凹凸型曲面先用“WCUT”进行粗加工，再用“SR— FPKT”进行精加工是一种既可提高加工效率，又可获得较好的表面加工质量的途径。该方法在工程应用中有一定的参考价值。

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