PowerMILL在石油钻头体加工中的应用

作者：三江航天险峰机器厂 李默神 王晓宾 赵凯

欢迎访问e展厅 展厅 1 CAD/CAM软件展厅 CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ... 石油钻头体如图1所示：该钻头体有五个空间方位的切削刃，每个切削刃上的工作部分有很多镶嵌金刚石刀片的盲孔，钻头体工作时就是依靠这些金刚石刀片进行切削。 一、工艺分析 钻头体的五条切削刃根部拔模角都为负值，使用三轴机床一次装夹无法加工到位，而且从上到下的深度为198mm，刀具悬长特别大，切削效率低下，因此切削刃可以通过五轴铣削进行加工，或者在四轴加工中心上装夹两次，以实现立卧转换进行加工，镶嵌金刚石刀片的盲孔必须使用五轴机床才能加工到位。粗加工切削刃时，也会对盲孔进行切削，造成每个盲孔精加工时的余量都不相同，对精加工编程以及切削参数的设置会造成很大的困难，因此我们特别对零件的粗加工模型进行工艺性修改，将所有的孔洞修补好，确保盲孔精加工时的余量均匀，修改后的模型如图2所示。 二、粗加工工艺方案 为了减少加工成本，合理利用现有的机床资源，我们粗加工采取在四轴加工中心上装夹两次的方法，具体的工艺流程为：钻定位加工基准销孔→立铣钻头切削刃上部→卧铣钻头切削刃根部拔模。 1.定位加工基准 结合零件结构和加工工艺特点，在零件底部钻两个Φ10H7 的销子孔，立铣加工切削刃上部和卧铣加工切削刃下部时，利用找正销子作为定位基准，确保两次加工基准的一致性，也克服了零件结构无基准的缺陷，保证了零件的加工精度。 2.立铣钻头切削刃上部 采用D25R5和d6的刀进行加工，加工策略为三维偏置区域清除。在进行立铣加工时，毛坯进行过车加工，为了减少空走刀，我们将车加工后的零件作为我们的毛坯，如图3所示。 读入毛坯后，打开三维偏置区域策略表格，设置切削参数，并将偏置方向(也就是切入方向)设置为“由外到内”，应用该策略，计算刀具轨迹，计算完成后进行碰撞检查。立铣加工时需要的刀具的长度，结合刀具实际长度，运用刀具轨迹编辑功能，删掉不需要的刀具轨迹。立铣加工时的刀路图如图4所示。 三、PowerMILL三维偏置区域策略中的工艺设置 1.限制刀具过载 勾取“限制刀具过载”选项后，当刀具遇到预先设置的过载条件时，PowerMILL会自动输入一摆线刀具路径，以减少刀具的全刀宽切削。通常这种过载出现在拐角、狭窄的槽等处。刀具过载量由表格中的滑块控制，以百分比描述，设置及刀轨效果，如图5所示。 2.手动设置下切步距 如果在区域清除表格中将下切步距设置为手动，则可用五种方法产生Z高度，它们分别是：分割层数、下切步距、高度数值、中间层数以及平面。 其中，分割层数是指，按给定层数等距分割毛坯，最低层在毛坯的底部。下切步距是指：首先在毛坯的底部产生一个“Z”高度，然后在Z方向按给定高度逐渐上移。设置保持恒定下切步距选项后，系统将自动修改下切步距值，使得产生的层间的距离均匀并尽量接近指定的下切步距值。高度数值指按给定值产生单个Z高度。可按所需指定任意多个Z高度，但一次只能产生一个。平面的定位为：识别模型中的平坦区域并按此平 坦区域的高度产生一个“Z高度”(+余量)。中间层数是在当前Z高度间增加指定数量的Z高度。附加Z高度的含义为：已保存的区域清除刀具路径的Z高度。某一刀具路径被激活后，附加按钮即被激活。 3.轮廓加工 对平行区域清除策略来说，可对每一层进行轮廓加工，以清除刀具留下的台阶刀痕。在此有三种选项(之前、之间和之后)供选择。第一种方法是在PowerMILL中，首先运行轮廓路径，然后再运行平行路径。第二种方法是在运行平行路径过程中，系统将寻找并运行轮廓路径。最后一种方法是PowerMILL会在最后运行轮廓路径。同时，操作者也可以设置按每一Z高度还是最后的Z高度进行轮廓加工。 4.斜向下切 斜向下切可用在刀具无法从毛坯外部切入刀具路径的全切削深度位置的情况(如型腔内)，如图6所示。 左斜角是刀具沿加工方向斜向切入毛坯时形成的坡度。有三种不同类型的斜向切入选项，它们分别是沿刀具路径、圆弧和直线。如果将左斜角的长度(斜向长度)限制在一有限距离，则将应用和左斜角移动方向相反的另外一种斜向移动——右斜角移动。斜向长度以“刀具直径单位”(TDU)来表示，例如若刀具直径为10mm，则2TDU的斜向长度相当于20mm。通常斜向长度应大于刀具直径，以便于从刀具底部排屑。如果勾取了“有限斜向长度”选项，则PowerMILL将插入右斜角进刀。右斜角的系统缺≠省设置是独立选项“旗标”置为开，缺省设置为0°。旗标置关时，其值将与左斜角相同。 如果选取了“外部接近”选项，则在保证不出现过切的情况下，将优先使用外部接近切入方法。如果斜向切入设置会导致过切，则可采用下切切入方法。 5.区域清除过滤 区域清除过滤设置可以使工件上有些比较小的区域不加工，从而避免刀具在这些小区域出现顶刀现象，这在模具加工中是非常重要的。按图7所示设置输入相应的值，于是将过滤掉全部跨距离小于刀具直径单位(TDU)的刀具路径，它们将不会出现在产生的刀具路径中。不勾取“仅过滤闭合区域”，意味着过滤过程中将包括毛坯以外的刀具路径区域。 四、卧铣钻头切削刃负拔模角根部 零件经过立铣后，转入到卧铣加工，为了得到该工序精确的毛坯尺寸，可以在进行ViewMill实体仿真后，输出ViewMill模型作为卧铣加工的三角形毛坯，该文件的格式为dmt，如图8所示。 卧铣加工时，需要旋转工件一个角度一个角度地进行加工。这个过程需要不断旋转坐标系，并使用三维偏置区域清除加工。考虑到钻头体的结构大致相同，每个零件加工旋转的角度大致相同，为了避免每次加工时，重复旋转坐标系和调用三维偏置区域清除策略，我们记录了两个宏，一个用作坐标变换，一个用作调用三维偏置区域清除策略，D25R5铣刀三维偏置区域清除宏的具体内容及解释如下。 IMPORT TEMPLATE ENTITYTOOLPATH TMPLTSELECTORGUI "3D-Area-Clearance\Offset-AreaClear-Model.ptf" 选用三维偏置区域清除策略 ACTIVATE TOOL " D25R5" 选用D25R5铣刀 EDIT RTOLERANCE "0.01" 设置公差为0.01 FORM FILTER 打开点分布对话框 EDIT FILTER TYPE ARCFIT 修圆刀具路径 FILTER ACCEPT 接受点分布对话框 EDIT RTHICKNESS AXIAL_RADIAL ON 打开余量 设置对话框 EDIT RTHICKNESS "0." 余量设置为0 EDIT OVER "12" 步距12mm EDIT ZHEIGHTS AUTOMATIC STEPDOWN "1" 切深1mm EDIT OFFSETDIRECTION OUTSIDEIN 切削方向 由外到内 EDIT TOOLPATH "1" CALCULATE 计算刀具路径 AREACLEAR CANCEL 计算取消 FORM LEADLINK 打开切入切出连接对话框 EDIT TOOLPATH LEADS PAGE LINK 选择连接对话框 EDIT TOOLPATH LEADS LINK STRAIGHT 设置短连接为直 EDIT TOOLPATH LEADS LONGLINK SKIM 设置长连接为掠过 EDIT TOOLPATH LEADS SAFELINK SKIM 设置缺省连接为掠过 PROCESS TPLINKS 计算刀具连接 EDIT TOOLPATH LEADS PAGE LEADIN 选择切入对话框 EDIT TOOLPATH LEADS LEADIN RAMP 选择切入为斜向 FORM PMLLEADINRAMP 打开斜向对话框 EDIT TOOLPATH LEADS LEADIN RAMPOPT FOLLOW LINE 沿着直线选项 EDIT TOOLPATH LEADS LEADIN RAMPOPT HEIGHT_INCREMENT "2" 斜向高度为2mm LEADINRAMP ACCEPT 接受斜向切入 PROCESS TPLEADINS 计算切入EDIT TOOLPATH LEADS PAGE LEADSOUT 选择切出对话框EDIT TOOLPATH LEADS LEADOUT HARC 选择切出为圆弧 EDIT TOOLPATH LEADS LEADOUT ANGLE "45" 切出角度为45° EDIT TOOLPATH LEADS LEADOUT LRAD "6" 圆弧半径为6 PROCESS TPLEADS 计算切出 LEADS ACCEPT 接受切入和切出 FORM FEEDRATE 打开进给和转速对话框 EDIT RPM "2500" 设置转速2500 RPM EDIT FRATE "800" 设置进给为800mm/min EDIT PRATE "50" 设置切入速度为50 mm/min RESET TOOLPATH FEEDRATE 重新应用进给和转速 FEEDRATE ACCEPT 接受进给和转速 卧铣时刀具路径轨迹如图9所示。调用该宏可以实现这些参数的自动设置，大大减轻编程的劳动强度，并使编程集中化模块化自动化。 五、精加工工艺方案 精加工工艺路程为：(1)Φ20钻头预钻落刀孔，(2)Φ20螺旋铣孔，这样可以避免使用过多规格的钻头。 在Power MILL中，钻孔和铣孔时需要先产生孔的特征设置，本零件加工的特征设置表如图10所示，选择整个模型，勾选“多轴”和“通过不完整的孔产生”，再点击“应用”，即可生成所有孔的特征，特征示意如图11所示。 打开钻孔表格，选择深钻循环，设置单次打孔深度和最终切削深度，如图12所示。在PowerMILL中可以根据不同的加工需要需要选择合适的钻孔或者铣孔策略。输出一个孔的部分程序如下。 N10 M06 T.01 N11 M03 S1500 N12 M137 N13 G96 N14 G00 Z216.817 N15 X-159.744 Y265.106 N20 G01 X-159.744 Y265.106 Z216.817 A-60.515 C31.072 F3000 N21 X-99.982 Y278.078 Z251.717 A-82.387 C61.386 N22 X-49.943 Y195.036 Z196.898 N23 X-26.592 Y156.284 Z171.317 F100 N24 X16.914 Y132.55 Z164.692 N25 X22.135 Y129.701 Z163.897 F100 N26 X16.914 Y132.55 Z164.692 F30000 N27 X21.961 Y129.796 Z163.924 N28 X23.005 Y129.227 Z163.765 F100 N29 X16.914 Y132.55 Z164.692 F30000 N30 X22.831 Y129.322 Z163.791 N31 X23.875 Y128.752 Z163.632 F100 螺旋铣孔时，选择的循环类型为螺旋，设置节距和深度，刀具轨迹如图13所示，可以根据精度要求和具体毛坯情况设置节距和公差。 零件加工完成后，经检验各部位尺寸精度完全满足要求，加工效率大大提高，成本得到大大的减少。编程、仿真及实际加工过程中都非常安全，因此大大减轻了数控编程人员的精神疲劳强度。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/3/2010)