年得君 孫耀恒 孫護(hù)義

一、引言

多軸加工是指數(shù)控設(shè)備至少具備第四軸，并可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)加工。主要用于復(fù)雜類零件的加工，加工精度高，可以在一次裝夾中完成多面多方位加工，能提高零件的加工精度，避免刀具發(fā)生千涉、欠切和過切現(xiàn)象。四軸包裹加工不僅可以完成簡單的柱面螺旋槽、凸輪槽等特征，還可以完成復(fù)雜曲面特征加工。無需進(jìn)行柱面特征建模，以柱面展開圖即可完成加工，操作簡單，使多軸編程更簡單。

二、包裹加工思路

1、圓柱凸輪包裹加工

以圓柱凸輪加工為例，編程思路，首先繪制凸輪展開圖，在展開圖中生成二維平面輪廓刀路路徑，再將二維刀路包裹在圓柱面上。圓柱凸輪展開圖繪制，如圖1所示，圖紙已給出凸輪外形尺寸，需計(jì)算圓柱展開長度L，L=3.1416x 115=361.284，再用展開長度L除以360得出1°對(duì)應(yīng)的弧長1.004，根據(jù)給定角度，繪出圓柱凸輪展開圖。如圖2所示利用展開的平面圖生成二維平面輪廓刀具路徑，再用四軸包裹加工策略將二維刀路包裹在被加工圓柱上。

四軸柱面包裹加工參數(shù)設(shè)置如圖3所示，四軸包裹加工不僅可將二維刀路包裹在圓柱面上，也可包裹在圓錐面上。參數(shù)對(duì)話框中“圓錐面定義”需要指定圓柱面的底面中心點(diǎn)，本例中以世界坐標(biāo)系原點(diǎn)為圓柱面底面中心點(diǎn)?！拜S向”需根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)指定，選擇“X軸正方向”設(shè)置柱面半徑及高度?！捌矫姘壽E”拾取將要包裹的刀具軌跡并指定刀具軌跡基點(diǎn)，“最大點(diǎn)距”用于控制二維刀具軌跡包裹在圓柱上的精度，精度范圍0.01～10之間?！皥A錐面上的基點(diǎn)偏移”包裹后的四軸刀具軌跡可沿軸向平移，繞軸線旋轉(zhuǎn)。

2、浮雕包裹加工

四軸包裹加工不僅用于簡單的柱面螺旋槽加工，更適用于復(fù)雜柱面建模的加工對(duì)象。如圖4所示，以八駿圖浮雕加工為例，說明四軸包裹加工在浮雕加工中的應(yīng)用。將平面的八駿圖雕刻在圓柱面上，無需進(jìn)行柱面建模，用三軸刀具軌跡進(jìn)行四軸包裹加工，即可完成四軸浮雕加工。加工工藝為粗加工、殘料加工和精加工，毛坯材質(zhì)為鋁合金。

加工所需刀具及加工參數(shù)如表1所列，粗加工選擇φ6立銑刀粗加工，粗加工為三軸等高粗加工策略并留0.3mm的精加工余量。生成三軸等高粗加工刀具軌跡如圖5所示，并將三軸粗加工刀軌包裹在φ115的圓柱面，如圖6所示，進(jìn)行四軸包裹加工時(shí)注意坐標(biāo)軸方向。

粗加工結(jié)束后，選擇較小的刀具完成小區(qū)域殘料加工，復(fù)制粗加工策略并留0.3mm的精加工余量，參考粗加工刀具，生成殘料粗加工軌跡如圖7所示，選擇殘料加工軌跡，包裹參數(shù)默認(rèn)上次即可，將殘料刀具軌跡包裹在圓柱面，如圖8所示。

完成粗加工和殘料粗加工后，選擇三軸掃描線精加工策略，為了獲得更好的表面加工質(zhì)量，掃描角度設(shè)置為45°完成掃描精加工后，生成精加工軌跡如圖9所示，選擇掃描線精加工軌跡，包裹參數(shù)默認(rèn)上次即可。將精加工刀具軌跡包裹在圓柱面如圖10所示。

三、后處理及加工

將四軸包裹加工軌跡進(jìn)行后處理，生成的加工代碼導(dǎo)入Veficut軟件中進(jìn)行驗(yàn)證。在多軸加工，避免在加工過程中發(fā)生千涉和碰撞等問題，必須進(jìn)行仿真驗(yàn)證加工代碼。Vericut多軸仿真可進(jìn)行程序優(yōu)化和加工精度分析，仿真加工如圖11所示，實(shí)際加工如圖12所示。

四、結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了CAXA制造工程師四軸包裹加工策略在多軸數(shù)控加工中的應(yīng)用，以八駿圖浮雕加工為例，從簡單的圓柱凸輪加工為例，詳細(xì)介紹了四軸包裹加工策略的參數(shù)設(shè)置，進(jìn)一步將包裹加工策略應(yīng)用到復(fù)雜柱面浮雕加工中。并將加工文件輸出至Vericut中驗(yàn)證，四軸包裹加工代碼符合加工要求，解決了軸面建模難題，發(fā)揮多軸加工優(yōu)勢(shì)，有一定的借鑒作用。