大力神杯的五轴加工中心编程与加工

2019-02-22易吉祥刘梦怡李全城

中国设备工程 2019年3期

易吉祥，刘梦怡，李全城

(厦门理工学院，福建厦门 361000）

大力神杯的实物模型如图1所示，具体加工制作的模型如图2模型图所示。大力神杯底部刻有“厦门理工学院”字体，其外观具有复杂的空间曲面造型，且各曲面间过渡光洁平滑、图案清晰可见，所以选用五轴联动加工中心进行加工。在进行实际的加工前，先利用PowerMill 软件完成零件的编程，然后设计工装夹具解决零件的装夹问题，最后利用德玛吉DMU40 mono BLOCK 五轴联动加工中心完成零件的加工。加工所用的毛坯为φ85mm×145mm圆棒料，材料为铝合金（6061）。

图1 实物图

图2 模型图

图3 夹具图

1 难点分析

（1）模型的造型：因为大力神杯的外观形状复杂，建模比较困难，因此采用逆向工程技术对原来模型实体的三维坐标数据进行测量，然后在Delcam PowerShape软件中重建模型，最后根据实际要求进行修整，得到如图2所示的模型。

（2）工件的夹持：大力神杯模型是圆柱状零件，外观形状复杂，很难将工件直接固定在工作台上。为解决这一问题，设计了如图3所示的夹具，该夹具采用两侧面一端面的定位方案。

（3）零件的加工：由于大力神杯模型外观较复杂，因此选用PowerMill 软件对它进行自动编程，这就要解决加工程序的编制与后处理问题。同时，在加工过程中刀具主轴要摆动一定角度，因此要避免刀具和工件发生干涉和过切。再者，由于零件有较多细小加工部位，需用R1.5的球刀加工，因球刀直径较小，必须选择合理的加工参数。最后进行精加工时，要选定螺旋式、圆形、线性等精加工表面的走刀方式。

2 大力神杯编程及其加工参数的设定

2.1 零件的粗加工

零件为轴类材料，粗加工只需在两侧面各开粗一半，在XZ平面内创建坐标系1。选用模型区域清除，注意刀具到工作台的避让，避免干涉，具体加工参数如下。

（1）刀具：Ø16mm四刃立铣刀，刀长55mm。

（2）加工参数：转速S3500r/min；进给2500mm/min；每刀切削深度0.5mm。

（3）加工策略：模型区域清除。

（4）粗加工总深度：42.5mm；加工余量：0.25mm。

（5）刀具逼近工件避让：安全平面上50mm。

采用“3+2”定轴开粗，选用“模型区域清除”策略，分别对毛坯的正反两面进行粗加工，分两次去除材料。因此，在设置刀轨过程中需新建1个加工坐标系，该坐标绕X旋转180°生成粗加工刀轨。反面则采用镜像刀具路径完成粗加工，这样粗加工就完成了。此时发现大力神杯的曲面区域余量较大，由于开粗时选择的刀具较大，局部窄槽位置留下较大余量，造成轮廓余量不均匀，所以需换一把Ø6mm立铣刀进行二次开粗。

对曲面部分进行二次开粗，选用模型残留区域清除。选用Ø5mm立铣刀，刀长25mm，加长杆Ø16mm，长度30mm，每刀切削深度0.5mm，使用残留模型，二次开粗完成。全选以上粗加工刀具路径仿真加工，其半边开粗和两边开粗的仿真效果分别如图4和图5所示。