基于PowerMill的大赛典型零件数控仿真加工

彭 婧，李胜利

（廊坊燕京职业技术学院机电工程系 河北 廊坊 065200）

1 引言

目前，全国大力发展高职教育，教育部鼓励举办职业技能大赛，以此来检验职业技术学院的办学成绩。竞赛的内容包括理论知识和操作技能两部分，理论知识包含了国家职业标准里的理论及相关知识，以选手的综合职业能力为核心，注重零件的精度、加工细节和工艺过程的考核[1]。

本文选用PowerMill软件进行零件的仿真加工，因为其在编程方面有庞大的指令系统，可以具体编辑在实际加工中的大部分参数，也可以自由编辑刀具路径，并备有自动检查碰撞、过切等防范措施。在仿真加工方面可以依据实际机床的刀轴具体大小设置，可以直观看出运行轨迹，几乎可以减少因编程而导致机床碰撞、工件过切等问题。

2 典型零件工艺分析

如图1所示，该零件为加工中心零件，主要是正反轮廓综合加工。包括岛屿、盲孔、通孔、壁槽等特征，凸台的轮廓由直线和圆弧构成，属于综合型加工的零件。

图1 零件图

图中有大部分尺寸精度为中等以上公差等级要求，并且需要保证零件的总高度要求。无形位公差要求，表面粗糙度值均为Ra1.6 μm，确保装夹和定位精度基本就能保证尺寸精度。图纸尺寸标注完整，组成轮廓的各几何元素关系清楚，条件充分。所需要基点坐标大部分已给出，另外两点也容易求得。零件材料为45号钢，无热处理和硬度要求，加工后需去除毛刺。

2.1 加工方法及顺序

夹持毛坯，伸出高度约为30 mm。型腔采用铣削加工，对其表面粗糙度值要求为Ra1.6 μm,故采用粗铣—精铣方案[2]；对于Ф12、2个Ф10通孔，由于其表面粗糙度要求不高，同时为节约加工周期，故采用直接钻削的加工方案；Ф32的孔，精度较高，直径较大，采用先钻孔后铰孔的加工方案，以便保证加工精度,Φ20通孔使用钻削加工即可。工件翻面，伸出高度34.5。采用由大及小的加工顺序加工外轮廓及型腔，同样采用一粗一精方法加工，以便达到表面粗糙度及尺寸精度。对于4×M6的螺纹孔，选用机床钻削底孔、螺纹导向，手工攻丝。

2.2 装夹方案

由于零件结构并不复杂，选用国产BV75型立式加工中心。工件毛坯预先在铣床上加工好2个底面和4个侧面。然后，选择其中一个底面和一对平行侧面作为定位基准，两侧面也做为装夹面。把毛坯在机械用平口虎钳上夹紧，再把平口虎钳固定在机床工作台上。然后，通过找正，安装后的工件侧面直边应与机床Z轴平行，最大偏移量不超过0.02 mm。同时，毛坯顶面也应与工作台面保持平行，误差也不得超过0.02 mm。最后，通过对刀将加工坐标系零点建立在工件的上表面中心位置上。调头后，夹持外八方体的一对边表面，铣削底平面，保证总高度。两次均可使用机用平口虎钳装夹，方便快捷。

2.3 刀具及切削用量

本次加工所用的刀具主要有：平底立铣刀、键槽铣刀、钻头、丝锥、倒角刀等。按照加工要求，选取粗加工时的主轴转速n=500～600 r/min，Vf=80～100 mm/min，ap=5～10 mm；精加工时，选取主轴转速n=900～1200 r/min，Vf=50～80 mm/min，ap=0.2～0.5 mm。主轴转速及进给速度的改变可通过操作面板上的“倍率”按钮来调整[3]。

3 仿真加工过程

3.1 数控加工工序卡片

根据零件的结构特点，按所用的刀具来划分工序，即在一次装夹中，用同一把刀具加工出可能加工的所有的部位，然后再换另一把刀具加工其它的部位。这样即可以减少换刀时间，又可以压缩空程时间，减少不必要的定位误差[4]。在某一工序里的工步，按照首先粗加工，然后再精加工的原则来划分，其中部分数控加工工序卡片如表1所示。

表1 部分加工的工序卡片

3.2 仿真加工成型及刀路图

由于外轮廓精加工面积较大，所以选用Ф20立铣刀并提高转速，放慢走刀，加大背吃刀量，以便达到加工要求。岛屿精加工选用Ф6立铣刀，可以加工较小的岛屿根部。盲孔和通孔由于要求低，直接分别选用Ф12、Ф20、Ф32进行钻削底孔、扩孔、成型三步，完成正面岛屿精加工刀路如图2所示。背面岛屿多，使用刀具也较多，所以在加工过程中尽量选用相同刀具，在保证效率的同时，减少换刀和对刀的时间。

图2 正面岛屿精加工刀路图

4 结语

本文主要针对大赛的参考零件图进行软件模拟加工，根据给定图样进行了工艺的分析、确定出具体的加工方案、加工参数和使用的刀具，在PowerMill软件中完成了零件仿真模拟加工。在数控机床设备上实际加工此种零件，要选择正确加工中心，采用合理有效夹具和装夹的方法，制定出符合加工工艺的路线，才能完成标准的零件。