線圈壓模的數控加工方法研究

徐雷， 李樹偉， 陳梓萱

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

線圈壓模的數控加工方法研究

徐雷， 李樹偉， 陳梓萱

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

介紹了汽輪發電機線圈模具的結構特點和數控加工方法，同時對模具進行了加工工藝的分析，指出采用PowerMill軟件進行數控加工的優勢和特點，使用三維區域清除的加工策略實現高速、安全的粗加工，克服了粗加工中的碰撞和研磨刀具的現象。通過參數偏置精加工策略，用邊界線和參考線控制產生高效、光順、均勻的刀具路線軌跡，達到非常優化的加工，為實現模具的批量化生產打下了堅實的基礎，并在實際加工中取得了良好的效果。

線圈模具；邊界線；參考線；三維區域清除；參數偏置；數控加工

0 引言

線圈模具含有線棒壓模的表面和輔助支承兩部分組成。壓模分三層，中間層是漸變的彎型，用來模壓線棒形狀的空間區域，有直線部分和漸變部分的空間變化，保證線棒在端部的彎型準確。針對這種空間復雜形狀表面進行數控編程加工，實現精確制造。

1 線圈壓模的加工工藝分析

壓模的理論形狀（如圖1）。底部是支撐部分，線圈的壓模部分焊接在支撐上面，截面部分是“L”形狀，其中立面部分較高，在100～120 mm之間變化，立面和平面之間是空間的直角關系。對于此種類型工件，其壓模型面是空間變化的曲面，按技術要求應采用五軸聯動數控機床進行加工，由于缺少五軸聯動的數控機床設備，決定采用四軸聯動的機床進行加工。

2 數控加工方法的研究

2.1 粗加工的數控加工方法

壓模是整體“S”形鍛料，采用整體去量加工的工藝方案。粗加工的目的是快速去除多余材料，在這里采用高速加工的數控加工策略。

圖1 壓模的理論形狀

高速加工技術符合所羅門原理，即每一種被加工材料都有一個臨界切削速度，在切削速度達到臨界速度之前，切削溫度和刀具磨損隨著切削速度增大而增大，而當切削速度達到普通切削速度的5～6倍時，切削刃口的溫度開始隨著切削速度的增大而降低，刀具磨損隨切削速度增大而減小［1］。到目前為止，理論上對高速切削加工沒有形成一致的概念。一般可以用兩個指標來衡量：1）高轉速，主軸轉速在1200 r/min；2）快進給量，每分鐘幾米甚至幾十米。加工時采用PowerMill軟件進行數控編程，使用三維模型區域清除策略（如圖2），通過小切削深度和大進給量來實現高速加工，同時采用輪廓光順和刀路連接光順，消除突變和急拐現象，設定主軸轉速1500 r/min，切削進給率1000 mm/min，下切進給率300 mm/min，掠過進給率3000 mm/min，加工完成所用時間是1 h48 min26 s，而沒有徑向高速加工的時間是2 h50 min54 s。在提高效率的同時保證了刀具安全（不發生碰撞和研刀，提高刀具壽命）。

2.2 半精加工、精加工的數控編程方法研究

圖2 粗加工高速切削刀路

在半精加工、精加工中，采用參數偏置精加工的策略，使用參考線來進行控制刀位軌跡，計算出最優化的軌跡，刀路軌跡光順且切削點分布均勻，有效提高了表面質量。在實際加工中，針對某一加工區域需要連續生成多個加工策略項，而后通過刀具路徑列表，對此多個加工策略進行合并，并進行刀路重排，就可以得到順序一致，光順連續點分布均勻的刀路（如圖3）。這樣編輯的刀路安全可靠，優化處理效果好，可以提高表面質量和加工效率。

圖3 單策略刀路和多個加工策略合并重排的刀路

3 數控加工的仿真和模擬

數控加工編程的校驗分為仿真和模擬兩個部分。其中仿真功能只是對刀路、刀具進行過切和碰撞性檢查，在數控編程軟件內部進行，檢查刀具路徑的碰撞或過切，就可以計算出碰撞的深度，進行調節刀具；計算過切區域，進行分割刀具路徑，在碰撞和過切檢查完畢，可以確定刀路是安全的。

數控模擬需要先確定工件的安裝方式和使用的數控機床。由于多軸加工編程復雜、難度大。因為多軸加工不同與三軸，它除了三個直線運動外，還有旋轉運動參與，其所形成的合成運動的空間軌跡非常復雜和抽象，一般難以想象和理解［2］。所以三軸以上的運動，要通過機床模擬，避免干涉、碰撞。單策略刀路采用四軸聯動數控機床，使用立式的裝夾方式（如圖4）。確定裝夾方式后，進行后置處理，產生數控機床的加工代碼文件，通過機床結構件進行運動模擬，檢查刀具與機床、工件的相互位置，避免發生碰撞（如圖5）。此時已經脫離了數控編程軟件的環境進行數控機床的模擬，而是直接用機床代碼文件驅動機床運動部件，達到與實際數控機床完全一樣的運動情況，在運動中進行各種干涉、碰撞檢查和計算。

圖4 立式裝夾方式

圖5 代碼的模擬

4 結論

通過對線圈壓模的數控加工，提高了模具的質量。沒有五軸聯動的數控機床，只使用四軸聯動數控機床就完成了加工任務（如圖 7），緩解了五軸數控機床的生產壓力，同時也降低了成本。使用高速加工的理論指導數控加工，保護了數控機床，減少了刀具的模式，提高了加工的效率，實現了批量化生產，有效保證了線圈的制造進度。

圖6 實際生產的成品

［1］朱克億.PowerMill高速數控加工編程導航［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［2］朱克億.PowerMill多軸數控加工編程實例與技巧［M］.北京：機械工業出版社，2013.

（編輯 明 濤）

TM303

A

1002-2333（2015）11-0176-02

徐雷（1981—），男，工程師，主要從事數控編程工藝工作。

2015-07-09