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數(shù)控刀具編程可提升刀具品質(zhì)

更新時(shí)間:2013-05-31      瀏覽次數(shù):3333
近20年以來(lái)我國(guó)企業(yè)CAX技術(shù)不斷發(fā)展,其中計(jì)算機(jī)輔助加工(或稱(chēng)計(jì)算機(jī)輔助編程)軟件越來(lái)越多地進(jìn)入了各個(gè)加工制造企業(yè),用于代替手工編程,直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng);對(duì)從zui簡(jiǎn)單的兩軸半到5軸,甚至是更多軸的控制加工,已經(jīng)逐漸不再成為一個(gè)技術(shù)難題。同時(shí),在數(shù)控刀路的編程之后,為了提前效驗(yàn)此程序是否能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地運(yùn)行在機(jī)床上,預(yù)先了解和避免刀具同機(jī)床及工夾量具的碰撞,一些刀路的仿真技術(shù)和相應(yīng)的軟件,也越來(lái)越多地被普遍使用中。這種仿真技術(shù)我們稱(chēng)之為“幾何仿真”。
但是現(xiàn)在更多的諸如航空航天加工制造企業(yè)的編程工程師們,已經(jīng)不在局限于僅僅得到在電腦的屏幕上看到刀路運(yùn)行的軌跡,來(lái)防止任何有可能出現(xiàn)的干涉和碰撞跡象這一“表面”結(jié)果了。他們開(kāi)始關(guān)注在一個(gè)零件尚未加工之前,從其加工過(guò)程中有可能發(fā)生的受力、溫升和變形,從刀具有可能產(chǎn)生振動(dòng)甚至破損的現(xiàn)象,從機(jī)床的振動(dòng)可能對(duì)加工的影響等方面,事先得出一些定性或者定量的分析結(jié)果,來(lái)指導(dǎo)和調(diào)整加工的數(shù)控程序,以達(dá)到更好的加工表面質(zhì)量、更快的加工效率以及更小的零件變形。總而言之,希望用更強(qiáng)大的仿真技術(shù)手段,得到更的被加工零件,這種仿真技術(shù)被稱(chēng)之為“物理仿真”。

  我們知道,機(jī)械零件的加工,被加工材料從彈性變形到塑性變形的物理過(guò)程中,會(huì)釋放出熱量并產(chǎn)生作用力,這種物理上的變化是無(wú)法用肉眼觀(guān)察到,因此也無(wú)法判斷對(duì)被加工零件質(zhì)量產(chǎn)生什么影響。為了得到這些變化的數(shù)據(jù),以往的一種方法是在機(jī)床上各個(gè)部位加裝各種傳感器,用來(lái)測(cè)量出這些數(shù)值(如溫度、受力和振動(dòng)頻率等),進(jìn)而“人工”調(diào)整數(shù)控加工工藝和程序,這是一種很好的方法,但是傳感器的安裝是非常精密的工作,稍有偏差將帶來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)上的不準(zhǔn)確性和一定的離散性。

  那么如何利用非接觸式的方式以得到(或測(cè)量到),并且通過(guò)計(jì)算機(jī)分析的方法來(lái)得到數(shù)據(jù)以指導(dǎo)加工過(guò)程?美國(guó)ThirdWaveSystem公司開(kāi)發(fā)了一款A(yù)dvantEdgeProductionModule的軟件,可以很好解決這個(gè)問(wèn)題。

  AdvantEdgeProductionModule(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PM)將CAD/CAM、加工動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)以及工件/刀具的物理材料特性集成在一起,在這個(gè)被稱(chēng)之為“將改變游戲規(guī)則”的軟件中對(duì)數(shù)控加工程序的切削機(jī)理做分析,以達(dá)到zui大化提升加工性能、縮短加工周期、提高加工質(zhì)量的目的。

  客戶(hù)在使用這個(gè)解決方案時(shí),首先對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)置,包括數(shù)控系統(tǒng)及代碼形式、是否是5軸加工、坐標(biāo)系統(tǒng)、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速率、主軸的功率和扭矩等,然后輸入加工刀具,包括刀具類(lèi)型、幾何尺寸、刀損模型等參數(shù);zui后定義或?qū)氡患庸ち慵?,包括零件的尺寸或直接讀入STEP/STL模型、工件的材料等。一旦定義結(jié)束,用戶(hù)就可以啟動(dòng)軟件的分析引擎,在短短幾秒鐘時(shí)間內(nèi),屏幕上就會(huì)顯示出針對(duì)特定工件加工的分析數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是以文本或坐標(biāo)圖的形式提交的。在坐標(biāo)圖中,橫軸(X)是此段程序經(jīng)歷的時(shí)間,而縱軸(Y)是選擇的不同結(jié)果的體現(xiàn),例如受力、溫升、功率、主軸或進(jìn)給速率等。

  橫軸為時(shí)間,縱軸為切向力。程序運(yùn)行的時(shí)間為486.9s,刀具所承受的zui大切向力為416.78N。同時(shí)還可以看到,刀具在整個(gè)加工過(guò)程中的受力是不均勻的,受力小時(shí)證明切削力不足,受力大時(shí)(尖峰值)有可能會(huì)造成刀頭的破損。為了減少刀具破損的可能性,要降低刀具的受力;同時(shí)為了提升加工效率,又要加大刀具的受力,我們把刀具的受力范圍限定在某一個(gè)范圍,zui大值為375N,然后再用PM軟件運(yùn)行一次上面的分析,便得出優(yōu)化后的結(jié)果。

  國(guó)內(nèi)某航天企業(yè)在使用PM后,通過(guò)比較優(yōu)化前后的程序(實(shí)際加工),加工時(shí)間縮短了20%~25%,加工粗糙度及變形量從優(yōu)化前的0.19mm到優(yōu)化后的0.10mm,達(dá)到了原有的優(yōu)化要求。而另一家位于深圳的家電企業(yè),在使用PM軟件優(yōu)化數(shù)控程序后,其加工時(shí)間減少了41.74%,并通過(guò)優(yōu)化減少了大量的空走刀。用戶(hù)得出的初步結(jié)論是:PM軟件“對(duì)大型開(kāi)槽/腔體及外輪廓多層次銑削有較大改善,對(duì)加工軌跡/深度參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,以能達(dá)到節(jié)省時(shí)間、改善品質(zhì)的效果”。
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