基于NX的鋼絲繩滑塊加工及仿真技術

李云

徐工消防安全裝備有限公司 江蘇徐州 221000

1 序言

隨著工程機械產品型譜的日益完善，工程機械的結構件及核心零部件形狀也越來越復雜。使用傳統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，已經不適合復雜工件的數控加工。近年來國外的CAM編程類軟件功能日益完善，例如PowerMILL、Mastercam、NX等軟件已經成熟應用于模具及其他產品加工相關行業。本文針對某型云梯消防車梯架上的鋼絲繩滑塊，應用NX軟件生成數控程序，然后應用Vericut軟件對程序進行校驗及優化，最終將優化過的程序導入數控機床，直至加工出合格的成品，在新產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見表1。

表1 加工滑塊用刀具明細

加工滑塊用工裝如圖3所示，為避免刀具與臺鉗發生干涉，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行粗銑加工，這種方式會多次反復提刀，加工效率較低，由于該工件毛坯的尺寸較小，毛坯規格為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

為了優化刀具路線，這里設置進刀方式為線性進刀，每刀切削深度為0.5mm，為了避免不必要的提刀，設置切削方式為順銑及逆銑混合切削，區域內的轉移類型為“直接”，這樣生成的刀具路線較美觀實用，使用Vericut軟件校驗程序并進行加工仿真，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圓弧槽呈現開口越來越大的形狀，適合用φ10mm的整體硬質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，為了優化刀具路線，需要將R8.5mm的圓弧曲面指定為“切削區域”，可以在上道工序等高線精加工3D動態仿真界面創建IPW毛坯，這樣就能符合實際切削的情況。為了優化刀具路線，使其更加實用美觀，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軟件校驗程序并進行加工仿真，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動、區域銑削或流線驅動等方式。經過試驗，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圓弧槽面作為驅動曲面，不需要進行投影，因此不用指定切削區域。在驅動設置中，設置切削模式為往復切削，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軟件校驗程序并進行加工仿真，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行精加工。但使用等高線精加工的策略需要設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動方式生成精銑刀具路線。需要在建模環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。為了優化刀具路線，可以將曲面適當拉寬，覆蓋要加工的區域，這樣就能更加合理地進刀及退刀。

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域，軟件會自動生成沿著驅動曲面往復切削的刀具路線，殘留高度設為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軟件校驗程序并進行加工仿真，仿真效果如圖12所示，最終加工好的成品實物如圖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以外，還有另外一種加工方法：先鋸出一段φ240mm×50mm的圓鋼，在數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，即毛坯的材料利用率不高，生產部門可以根據現有的設備，選擇不同的加工工藝及流程。

6 結束語

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，介紹了輔助面的創建過程及固定軸輪廓銑的關鍵要點；使用Vericut軟件對NX生成的程序進行仿真，檢查刀具與機床、夾具及工件的干涉情況；最終上機完成實物加工。上述過程充分體現了CAM軟件在加工中的作用，能夠快速高效生成數控程序，并實現虛擬仿真制造，減少了撞機等事故隱患，提升了成品合格率。