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英国Delcam(中国)有限公司
英国Delcam(中国)有限公司 (编号 104) http://www.delcam.com.cn/
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PowerMILL在五轴机床上轮胎模具中的应用
作者:吉特迈(DMG) 林镇鑫
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CAD/CAM软件展厅
CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ...
摘要:传统的立式加工中心三轴联动加工的应用是最为广泛的加工方式,刀具始终处于立式状态,球头铣刀切削点的切削速度无法得到优化处理,那么单纯的三轴立式加工已无法满足当今加工的飞速发展,所以5轴联动高速加工机床应境而生!五轴加工适用于复杂、工序多、精度要求高、需用多种类型普通机床和繁多刀具、工装,经过多次装夹和调整才能完成加工的具有适当批量的零件。如:汽车的发动机缸体、变速箱体,机床的床头箱、主轴箱,柴油机缸体,齿轮泵壳体,轮胎,叶轮、螺旋桨、各种曲面成型模具等。本文针对五轴加工技术的特点,论述了Delcam PowerMILL软件的五轴加工功能和五轴的刀路轨迹策略,通过轮胎模具加工为实例,来介绍五轴加工的具体应用及特点。
关键词:五轴加工 轮胎模具 PowerMILL HSC75linear

前言

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,其地位受到了前所未有的重视;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。如图1所示:

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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。如图2所示:

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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。如图3所示:

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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。如图4:

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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:

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A.五面加工:

newmaker.com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)

newmaker.com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:

newmaker.com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,如图6所示:

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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HEIDENHAIN i TNC530和具备高扭距高进给(所有轴都采用直线电机驱动)的DMG HSC75 linear 5 Axis 上加工此轮胎模具。以下是HSC75linear的技术参数和机床图片:

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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
两扇大型舱门提供了卓越的可操作性
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。

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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,如图8所示。

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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)。以下是轮胎模具的刀路轨迹的生成:图9至图22

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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。

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图10 直纹弧面精加工

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。

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图11续粗

选用Φ20R3的盘形铣刀进行续粗,右边是续粗后的形状。

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图12 粗清角

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图13 粗清角

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图14 中光底曲面

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图15 精加工底曲面

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。

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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。

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图19精加工两侧面

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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!如图23所示:

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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。

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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。

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总结

使用PowerMILL配合DMG的HSC75 linear 5轴机床对轮胎模具的加工,将软件和硬件发挥的淋漓尽致,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。

参考文献
(1)杨书荣 深入浅出PowerMILL数控编程 中国电力出版社
(2)DMG公司 HSC75 linear 操作说明书(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (6/30/2010)
英国Delcam(中国)有限公司联系方式:
网址: http://www.delcam.com.cn/ 电话:86-010-6298 5591
地址: 中国·北京·海淀区上地3街9号,金隅嘉华大厦A座411室 邮编100085 传真:86-010-62982312
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