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传统立式加工中心三轴联动加工的应用
来源: | 作者:wxwc01 | 发布时间: 2019-10-17 | 551 次浏览 | 分享到:

随着中国汽车工业的蓬勃发展,轮胎作为其中的一项重要环节,其地位受到了格外的重视;另一方面,在轮胎的制造过程中,无论是造型设计计算机化,还是新型复合材料及纳米技术的引进,都使得轮胎工业发生了巨大的变革。在现阶段,轮胎模具加工企业只有不到1%的厂家使用4-5轴的加工中心,加上操作水平和对软硬件的认知度有限,远没有将效益发挥出来。在轮胎模具加工中,花纹的尺寸和形状直接影响轮胎的工作性能,不仅能改善车辆行驶中与不同路面的接触特性,而且是车辆高速行驶的一项重要安全指标;中国正在全面发展高速公路,对轮胎也就提出了更高的技术要求。所以国产轮胎模具如果不能突破由此造成的瓶颈,就很难适应市场的需要,势必被市场淘汰。为了满足模具行业加工需求的不断发展和变化,DMG公司设计推出了很多类型的五轴机床。一.五轴加工的主要优点是其能够通过一次装夹加工复杂的形状。与多次装夹相比,五轴加工能够在很大程度上减少加工时间和夹具数量,提高生产效率。而且,多次装夹过程中极易在拆装工件时产生装夹误差。

另外,五轴加工一个重要的优点是其能够用较短的刀具进行加工,这是因为加工时摆头/转台可以缩短刀具和工件的距离且刀具可以基于工件面移动。如此则无需加载更大的力给刀具就能达到更高的切削速度,提高刀具寿命、减少刀具磨损。与三轴加工相比,五轴加工允许使用较短的刀具,在加工深孔或深腔时能够减少刀具的振动。这会提高加工精度,甚至减少人工抛光的时间成本。几乎没有特殊刀具的使用,简化了刀具的应用,减少了刀具的成本。

使用五轴加工可以在立体毛坯上加工特别复杂的曲面,无需使用特别铸造过的毛坯。对样件或小批量加工,这样的方式会更加快速、经济。无需2个月或更长的时间来进行铸造和加工,只用1到2周便可完成。

使用五轴加工可以节省大量的钻孔时间。相比加工复杂孔和型腔而言,钻孔看似细小,实际上,钻大量的斜孔会浪费大量的时间。如果使用三轴机床进行钻斜孔,必须为每一个孔做不同的工装。采用五轴加工,摆头/转台会准确的使刀具沿着每个斜孔的轴向更快完成钻孔操作。

二、多数实用五轴机床是由三个直线坐标轴XYZ和二个回转轴BC或AC或AB组成的。下面我将简单介绍五轴加工的概况。1,五轴加工总的来说分为五面加工、五轴定位加工和五轴同步轮廓加工。如图5所示:

A.五面加工:依照立方体法则,工件加工位置处于各基准面上,使它在一个工序里完成其五面的加工B.五轴定位加工(3+2轴定位加工)這是运用五面加工,多角度特点和工作部件平面的组合.两组平台旋轉,轴只利用于定位工件的位置。主轴是永远垂直来处理须要的应用-钻或銑C.五轴同步轮廓加工:刀尖跟随,此加工技術运用于须要五轴同时運動的加工组件。2.五轴加工的市场份额,

实际上,五轴加工在大批量生产中的应用日益增多,有些是零件的某些部位确实需要五轴联动加工,而有些零件的加工完全不需要五轴联动。这种应用的增多是因为零件越来越复杂和零件精度要求越来越高。轮胎加工不同于常规工艺,需要分割成不同比例的段,这些段中含有不同形状的步距.只有采用CAD/CAM技术,才能提高模具质量和缩短加工周期。无疑,PowerMILL完全具备满足以上所提到的种种要求。本文主要讨论运用PowerMILL软件,结合轮胎模具的加工工艺特点,编制出合理有效的轮胎模具花纹的数控加工程序在DMG的HSC75linear上实现高速切削。一、PowerMILL加工轮胎花纹的数控编程1.三维模型的分析A,首先,先导入三维模型,仔细分析并且测量图档,确定方便快捷的装夹方式,由此可以确定轮胎模具的尺寸并且创建工作坐标系,如图7所示。Powermill提供强大的坐标系创建功能,按照加工的区域而异创建坐标系以满足加工需求。根据三维模型的形状和尺寸,选择使用人性化控制系统HEIDENHAINiTNC530和具备高扭距高进给(所有轴都采用直线电机驱动)的DMGHSC75linear5Axis上加工此轮胎模具。

主要特点Highlights:所有轴都采用直线电机标准配置配有18,000rpm的主轴电机和提升式排削器两扇大型舱门提供可操作性良好的排屑性能配置旋转工作台和摆动头可实现5轴加工B.坐标系创建在毛坯的上表面正中心位置。

C.刀具的选择,通过仔细的分析,创建符合加工要求的刀具。可通过powermill特有的功能侦测三维模型的的最小半径,以方便确定最小刀具的使用。

按照三维模型选择盘形铣刀、平底端铣刀、刀尖圆角端铣刀、球头铣刀。盘形铣刀主要用于切削毛坯开粗加工和两个倾斜端面的粗加工。选用Φ40R5、Φ20R3。刀尖圆角端铣刀主要用于花纹块型腔的开粗加工、型腔底面的清根精加工等,选用Φ10R0.5、Φ6R0.5、Φ8R0.5。平底端铣刀主要用于直纹弧面精加工和底面清角,选用Φ16、Φ3。球头铣刀主要用于各型面的精加工、局部清根加工等,选用Φ6R3、Φ3R1.5、Φ1.5R0.75、Φ1R0.5。3.工艺工步的编辑在工艺编辑的过程中,根据已经确定好的装夹方式及选用的刀具来安排加工顺序,定义加工范围、刀具路径参数和机械参数(如转速、进给量、切深、切宽、加工余量等)。

毛坯是一个四方的CK45,型腔部分选用Φ40R5的盘形铣刀快速去除毛坯的多余材料;至于两侧面的多余材料,必须创建垂直于两侧端面的坐标系,从而产生3+2定位的刀具路径。右下角是粗加工后的材料形状。

很显然,此策略也是采用3+2定位加工,选用Φ16平底端铣刀的侧刃精加工直纹弧面。

选用Φ20R3的盘形铣刀进行续粗,右边是续粗后的形状。

底部曲面的加工需要五轴同步轮廓加工,即五轴联动加工。采用Φ8R0.5的刀尖圆角端铣刀启动M128刀尖跟随功能,简便而快速。图15右边的就是此策略加工后的结果。

余量均匀化是精加工的重要前提。经过粗加工后,大部分余料已经去除,但型腔型面上的余料为台阶状,并不均匀,为使余量均匀并为后面的精加工做准备,需进行半精加工。

以上各单节距的粗/半精/精加工/清角刀具轨迹生成后,可根据花纹块节距排列图经旋转复制形成整块花纹块的粗/半精/精加工/清角刀具轨迹。刀具路径的生成后,通过软件高级功能--机床的仿真模拟检查其正确性,并且确保没有碰撞,起到安全保护!

二、后处理与加工优化后的刀路路径通过千锤百炼调试出来的后处理文件,生成HEIDENHAIN可识别的NC程序和如图24所示的NC加工表单。

最后将生成HEIDENHAIN格式的NC程序输入到HSC75linear五轴机床的TNC目录下,严格按照NC加工表单选择符合要求的刀柄安装相对应的刀具,加工后得到如图25所示的轮胎模具。

总结使用PowerMILL配合DMG的HSC75linear5轴机床对轮胎模具的加工,将软件和硬件的性能得到充分发挥,大大提高了轮胎模具加工精度和效率,为轮胎行业的生产厂家提供强而有力的保障,在激烈的市场竞争中赢得胜利。

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