线圈压模的数控加工方法研究

2015-04-10徐雷李树伟陈梓萱

机械工程师 2015年11期

关键词：光顺刀路切削速度

徐雷，李树伟，陈梓萱

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

线圈压模的数控加工方法研究

徐雷，李树伟，陈梓萱

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

介绍了汽轮发电机线圈模具的结构特点和数控加工方法，同时对模具进行了加工工艺的分析，指出采用PowerMill软件进行数控加工的优势和特点，使用三维区域清除的加工策略实现高速、安全的粗加工，克服了粗加工中的碰撞和研磨刀具的现象。通过参数偏置精加工策略，用边界线和参考线控制产生高效、光顺、均匀的刀具路线轨迹，达到非常优化的加工，为实现模具的批量化生产打下了坚实的基础，并在实际加工中取得了良好的效果。

线圈模具；边界线；参考线；三维区域清除；参数偏置；数控加工

0 引言

线圈模具含有线棒压模的表面和辅助支承两部分组成。压模分三层，中间层是渐变的弯型，用来模压线棒形状的空间区域，有直线部分和渐变部分的空间变化，保证线棒在端部的弯型准确。针对这种空间复杂形状表面进行数控编程加工，实现精确制造。

1 线圈压模的加工工艺分析

压模的理论形状（如图1）。底部是支撑部分，线圈的压模部分焊接在支撑上面，截面部分是“L”形状，其中立面部分较高，在100～120 mm之间变化，立面和平面之间是空间的直角关系。对于此种类型工件，其压模型面是空间变化的曲面，按技术要求应采用五轴联动数控机床进行加工，由于缺少五轴联动的数控机床设备，决定采用四轴联动的机床进行加工。

2 数控加工方法的研究

2.1 粗加工的数控加工方法

压模是整体“S”形锻料，采用整体去量加工的工艺方案。粗加工的目的是快速去除多余材料，在这里采用高速加工的数控加工策略。

图1 压模的理论形状

高速加工技术符合所罗门原理，即每一种被加工材料都有一个临界切削速度，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，而当切削速度达到普通切削速度的5～6倍时，切削刃口的温度开始随着切削速度的增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小［1］。到目前为止，理论上对高速切削加工没有形成一致的概念。一般可以用两个指标来衡量：1）高转速，主轴转速在1200 r/min；2）快进给量，每分钟几米甚至几十米。加工时采用PowerMill软件进行数控编程，使用三维模型区域清除策略（如图2），通过小切削深度和大进给量来实现高速加工，同时采用轮廓光顺和刀路连接光顺，消除突变和急拐现象，设定主轴转速1500 r/min，切削进给率1000 mm/min，下切进给率300 mm/min，掠过进给率3000 mm/min，加工完成所用时间是1 h48 min26 s，而没有径向高速加工的时间是2 h50 min54 s。在提高效率的同时保证了刀具安全（不发生碰撞和研刀，提高刀具寿命）。

2.2 半精加工、精加工的数控编程方法研究

图2 粗加工高速切削刀路

在半精加工、精加工中，采用参数偏置精加工的策略，使用参考线来进行控制刀位轨迹，计算出最优化的轨迹，刀路轨迹光顺且切削点分布均匀，有效提高了表面质量。在实际加工中，针对某一加工区域需要连续生成多个加工策略项，而后通过刀具路径列表，对此多个加工策略进行合并，并进行刀路重排，就可以得到顺序一致，光顺连续点分布均匀的刀路（如图3）。这样编辑的刀路安全可靠，优化处理效果好，可以提高表面质量和加工效率。

图3 单策略刀路和多个加工策略合并重排的刀路

3 数控加工的仿真和模拟

数控加工编程的校验分为仿真和模拟两个部分。其中仿真功能只是对刀路、刀具进行过切和碰撞性检查，在数控编程软件内部进行，检查刀具路径的碰撞或过切，就可以计算出碰撞的深度，进行调节刀具；计算过切区域，进行分割刀具路径，在碰撞和过切检查完毕，可以确定刀路是安全的。

数控模拟需要先确定工件的安装方式和使用的数控机床。由于多轴加工编程复杂、难度大。因为多轴加工不同与三轴，它除了三个直线运动外，还有旋转运动参与，其所形成的合成运动的空间轨迹非常复杂和抽象，一般难以想象和理解［2］。所以三轴以上的运动，要通过机床模拟，避免干涉、碰撞。单策略刀路采用四轴联动数控机床，使用立式的装夹方式（如图4）。确定装夹方式后，进行后置处理，产生数控机床的加工代码文件，通过机床结构件进行运动模拟，检查刀具与机床、工件的相互位置，避免发生碰撞（如图5）。此时已经脱离了数控编程软件的环境进行数控机床的模拟，而是直接用机床代码文件驱动机床运动部件，达到与实际数控机床完全一样的运动情况，在运动中进行各种干涉、碰撞检查和计算。