基于NX的鋼絲繩滑塊加工及仿真技術(shù)

李云

徐工消防安全裝備有限公司 江蘇徐州 221000

1 序言

隨著工程機(jī)械產(chǎn)品型譜的日益完善，工程機(jī)械的結(jié)構(gòu)件及核心零部件形狀也越來越復(fù)雜。使用傳統(tǒng)的手工編程編制宏程序加工曲面的方法存在效率低、計算量大等問題，需要編程人員計算曲線方程，過程相對繁瑣，已經(jīng)不適合復(fù)雜工件的數(shù)控加工。近年來國外的CAM編程類軟件功能日益完善，例如PowerMILL、Mastercam、NX等軟件已經(jīng)成熟應(yīng)用于模具及其他產(chǎn)品加工相關(guān)行業(yè)。本文針對某型云梯消防車梯架上的鋼絲繩滑塊，應(yīng)用NX軟件生成數(shù)控程序，然后應(yīng)用Vericut軟件對程序進(jìn)行校驗(yàn)及優(yōu)化，最終將優(yōu)化過的程序?qū)霐?shù)控機(jī)床，直至加工出合格的成品，在新產(chǎn)品試制過程中縮短了制造周期，提高了成品合格率。

2 工件分析

某型云梯消防車梯架上的鋼絲繩滑塊的圖樣及三維模型分別如圖1、圖2所示。滑塊的材質(zhì)為Q345碳素鋼，工件毛坯為60mm×42mm×30mm的鋼板，該滑塊上有一個R8.5mm的圓弧槽，用于固定云梯上的鋼絲繩。為了不磨損鋼絲繩，該圓弧槽的表面粗糙度值要求為Ra=6.3μm，需要精銑加工。除此之外，還需要精銑R115mm的曲面，才能滿足圖樣要求。因此，加工這個滑塊共有4道工序：粗銑R115mm曲面→粗銑R8.5mm圓弧槽→精銑R115mm曲面→精銑R8.5mm圓弧槽。

圖1 滑塊圖樣

圖2 滑塊三維模型

3 加工滑塊用刀具及工裝

加工滑塊用的刀具明細(xì)見表1。

表1 加工滑塊用刀具明細(xì)

加工滑塊用工裝如圖3所示，為避免刀具與臺鉗發(fā)生干涉，臺鉗的虎口夾持工件毛坯的深度約10mm，且需要將工件毛坯裝夾在靠近臺鉗虎口邊緣的位置。

圖3 加工滑塊用工裝

4 加工策略及相關(guān)技巧

4.1 粗銑R115mm曲面的流程及技巧

一般情況下，使用型腔銑的加工策略進(jìn)行粗銑加工，這種方式會多次反復(fù)提刀，加工效率較低，由于該工件毛坯的尺寸較小，毛坯規(guī)格為60mm×42mm×30mm，所以本例選用φ80mm立銑刀，再使用等高線精加工的方式就能完成R115mm圓弧面的粗加工，刀具路線如圖4所示。

圖4 粗銑R115mm圓弧曲面的刀具路線

為了優(yōu)化刀具路線，這里設(shè)置進(jìn)刀方式為線性進(jìn)刀，每刀切削深度為0.5mm，為了避免不必要的提刀，設(shè)置切削方式為順銑及逆銑混合切削，區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)移類型為“直接”，這樣生成的刀具路線較美觀實(shí)用，使用Vericut軟件校驗(yàn)程序并進(jìn)行加工仿真，仿真效果如圖5所示。

圖5 粗銑R115mm圓弧曲面的仿真效果

4.2 粗銑R8.5mm圓弧槽的流程及技巧

該工件的R8.5mm圓弧槽呈現(xiàn)開口越來越大的形狀，適合用φ10mm的整體硬質(zhì)合金立銑刀去除多余的毛坯余量。本例使用型腔銑的加工策略粗銑R8.5mm圓弧槽，為了優(yōu)化刀具路線，需要將R8.5mm的圓弧曲面指定為“切削區(qū)域”，可以在上道工序等高線精加工3D動態(tài)仿真界面創(chuàng)建IPW毛坯，這樣就能符合實(shí)際切削的情況。為了優(yōu)化刀具路線，使其更加實(shí)用美觀，可以使用“指定修剪邊界”的功能，將毛坯底面的4條邊線作為修剪邊界，最終生成的粗銑圓弧槽刀具路線如圖6所示。

圖6 粗銑R8.5mm圓弧槽的刀具路線

使用Vericut軟件校驗(yàn)程序并進(jìn)行加工仿真，仿真效果如圖7所示。

圖7 粗銑R8.5mm圓弧槽的仿真效果

4.3 精銑R8.5mm圓弧槽的流程及技巧

該工件的R8.5mm圓弧槽呈流道形狀，可以選擇的加工策略較多，例如可以選擇固定軸輪廓銑的曲面驅(qū)動、區(qū)域銑削或流線驅(qū)動等方式。經(jīng)過試驗(yàn)，在本例中上述幾種方法的加工效果較相近，采用固定軸輪廓銑的曲面驅(qū)動策略精銑圓弧槽，使用的刀具為φ12mm球頭銑刀。需要注意的是固定軸輪廓銑不需要指定部件及毛坯，本例中選擇要加工的R8.5mm圓弧槽面作為驅(qū)動曲面，不需要進(jìn)行投影，因此不用指定切削區(qū)域。在驅(qū)動設(shè)置中，設(shè)置切削模式為往復(fù)切削，殘留高度為0.003mm，生成的刀具路線如圖8所示。

圖8 精銑R8.5mm圓弧槽的刀具路線

使用Vericut軟件校驗(yàn)程序并進(jìn)行加工仿真，仿真效果如圖9所示。

圖9 精銑R8.5mm圓弧槽的仿真效果

4.4 精銑R115mm圓弧曲面的流程及技巧

精銑該工件的R115mm圓弧曲面，使用的刀具為φ12mm球頭銑刀，可以用等高線或者固定軸輪廓銑的策略進(jìn)行精加工。但使用等高線精加工的策略需要設(shè)置合并距離及刀具路線延伸距離，才能生成較好的刀具路線，流程相對繁瑣，因此本例使用固定軸輪廓銑的曲面驅(qū)動方式生成精銑刀具路線。需要在建模環(huán)境中拉伸一個輔助曲面，如圖10所示，將工件模型的一條邊線拉伸成一個曲面，即圖10中綠色的曲面。為了優(yōu)化刀具路線，可以將曲面適當(dāng)拉寬，覆蓋要加工的區(qū)域，這樣就能更加合理地進(jìn)刀及退刀。

圖10 固定軸輪廓銑所用的輔助曲面

選擇上述輔助面作為驅(qū)動曲面，生成固定軸輪廓銑刀具路線。要注意這里不需要指定切削區(qū)域，軟件會自動生成沿著驅(qū)動曲面往復(fù)切削的刀具路線，殘留高度設(shè)為0.003mm，生成的刀具路線如圖11所示。

圖11 精銑R115mm圓弧曲面的刀具路線

使用Vericut軟件校驗(yàn)程序并進(jìn)行加工仿真，仿真效果如圖12所示，最終加工好的成品實(shí)物如圖13所示。

圖12 精銑R115mm圓弧曲面仿真效果

圖13 成品

5 其他方面

該鋼絲繩滑塊除了按本文所述的方法在立式三軸加工中心上生產(chǎn)以外，還有另外一種加工方法：先鋸出一段φ240mm×50mm的圓鋼，在數(shù)控車床上車外圓及端面，再使用槽刀車出R8.5mm的圓弧槽，車削完成的圓鋼如圖14所示。

圖14 車削完成的圓鋼

然后使用線切割設(shè)備，將車削完成的圓鋼切割成滑塊圖樣所示的形狀。但這種方法有個缺點(diǎn)，即毛坯的材料利用率不高，生產(chǎn)部門可以根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備，選擇不同的加工工藝及流程。

6 結(jié)束語

本文針對某型云梯消防車梯架上的鋼絲繩滑塊，使用NX軟件生成了刀具路線及數(shù)控程序。本例介紹了等高線精加工策略開粗的技巧；針對型腔銑開粗的過程，介紹了邊界修剪的方法；針對圓弧槽及曲面的精銑加工，介紹了輔助面的創(chuàng)建過程及固定軸輪廓銑的關(guān)鍵要點(diǎn)；使用Vericut軟件對NX生成的程序進(jìn)行仿真，檢查刀具與機(jī)床、夾具及工件的干涉情況；最終上機(jī)完成實(shí)物加工。上述過程充分體現(xiàn)了CAM軟件在加工中的作用，能夠快速高效生成數(shù)控程序，并實(shí)現(xiàn)虛擬仿真制造，減少了撞機(jī)等事故隱患，提升了成品合格率。