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第五届全国数控技能大赛“松鹤瓶”设计制造全过程还原
作者:Delcam
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CAD/CAM软件展厅
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在今年1月举行的第五届全国数控技能大赛五轴决赛赛场的先进技术展厅里,当由Delcam设计并加工的航空铝合金“松鹤瓶”呈现在众人面前时,所有在场的人无不眼前一亮,深深地被这件极具中国传统文化特色的复杂样件吸引住,纷纷上前仔细地研究并讨论制作工艺,喜爱之情溢于言表。很多经验丰富、久负盛名的“老数控”们,甚至无法相信这么精美的作品,却是由他们操作过无数次的普通五轴机床加工出来的。

其实,“松鹤瓶”的成功制作,完全依靠Delcam独特的数字化设计制造解决方案。分析整个制作过程,我们不难发现,这个加工件的关键点在于如何得到如此复杂的加工模型。而这个模型之所以复杂,原因在于它需要三角形和曲面的混合造型。 假如在其它的CAD系统里完成这项任务,任何人都会感到手足无措,因为瓶体的设计虽然没有障碍,但是瓶体上的“松鹤”图案几乎是无法完成的,每一个细节对设计者来说都是巨大的挑战。Delcam提供的一站式解决方案却让这一切都显得如此轻松:第一步,ArtCAM软件制作浮雕图案;第二步,PowerSHAPE软件制作瓶体模型;第三步:将浮雕图案包裹到瓶体上;第四步:PowerMILL五轴编程加工。

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松鹤瓶加工成品

首先在ArtCAM软件完成“松鹤”浮雕图案。ArtCAM软件作为世界顶级的艺术浮雕CAD/CAM系统,可以创作出精美绝伦的浮雕图。将JPEG格式的松鹤图图片导入ArtCAM中,如图2所示。

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图2.松鹤截取图

将二维图片转化为三维浮雕模型,并通过灰度图来控制模型的高度。

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图3.灰度图

通过人性化的交互雕刻工具,对浮雕模型进行光顺、镂刻、涂抹、堆积等操作,使最终得到的浮雕图案错落有致、栩栩如生。将模型保存为STL三角面片格式,以便于下一步和PowerSHAPE产生的曲面进行结合。

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图4.完整浮雕图

第二步要在PowerSHAPE里创建瓶体模型。PowerSHAPE是一款正逆向混合设计系统,集实体、曲面和三角形网格建模技为一体,充分发挥三者混合设计的优势,是概念设计的有效工具。通过PowerSHAPE灵活强大的曲面功能,快速地创建瓶体模型,如图5所示。

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图5.瓶体图

PowerSHAPE拥有的专利技术——几何特征设计(Embossing) 专利号GB0208088.5 可以将特征包裹或投影到三维模型上产生出新的三维形体,这项技术改变了创建复杂三维模型的传统思路,大大提高创新设计的效率。

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图6.用包裹向导选取浮雕图案

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图7.选取包裹方法

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图8.对包裹方案进行调整

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图9.浮雕包裹造型

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图10.完成整体松鹤瓶模型

通过以上三个步骤的设计工作,松鹤瓶的设计部分就轻松地实现了。然后,将松鹤瓶模型输入PowerMILL软件进行5轴加工编程。Delcam PowerMILL 可直接对 STL 格式模型数据进行 5 轴加工,支持多种精加工加工刀路和球头刀、端铣刀、锥铣刀等多种刀具

此次加工毛坯材料为铝棒料,直径100mm,高180mm。模型尺寸:直径42mm,高120mm。

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读入PowerMILL软件后的模型

首先,整体模型粗加工。

根据松鹤瓶的数据模型的尺寸和特征进行粗加工编程,瓶身和瓶内空间一起进行粗加工。Delcam PowerMILL独特、高效的区域清除方法,保证刀具负荷的稳定,减少切削方向的突然变化,提高加工效率。

1)瓶身和瓶内粗加工,模型区域清除功能,D20R1,余量0.4,切深1,行距12,S4000,F2000

2)瓶内添加一次二粗,模型区域清除功能,D12R1,余量0.4,切深0.6,行距8,S8000,F2500

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其次,进行松鹤瓶身半精加工

分别使用R5、R2、R1刀具,PowerMILL的曲面投影功能进行半精加工。Delcam PowerMILL 的 5 轴曲面投影加工功能允许刀具随加工表面法矢进行加工。PowerMILL 提供的高速精加工策略,保证了切削过程光顺、稳定,确保能快速切除工件上的材料,得到高精度、光滑的切削表面。

1)刀具R5,曲面投影功能,余量0.2,行距0.5,S12000,F3200
2)刀具R2,曲面投影功能,余量0.2,行距0.4,S18000,F2000
3)刀具R1,曲面投影功能,余量0.1,行距0.4,S20000,F2000

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瓶身半精加工

再次,对松鹤瓶身进行精加工编程

曲面投影功能,刀具R0.5,路径间距0.05mm, 余量0,S25000,F1000。

此步骤后,花瓶外面的部分加工完毕。下面进行花瓶内部的加工。

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瓶身精加工

再次,进行松鹤瓶内空间进行半精加工

瓶内空间瓶壁加工,刀具D12R1,直线投影功能,路径间距0.6mm,加工余量0.4mm,S10000,F3000
瓶口加工,刀具R5,螺旋精加工功能,路径间距0.6mm,加工余量0.1mm,S12000,F3000
底部加工,刀具R5,螺旋精加工功能,路径间距0.6mm,加工余量0.1mm,S12000,F3000

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最后,进行瓶内空间精加工

1)瓶内空间瓶壁加工,直线投影功能,刀具D12R1,路径间距0.25mm,加工余量0,S12000,F1500
2)瓶口加工,螺旋精加工功能,刀具R5,路径间距0.2mm,加工余量0,S12000,F1500
3)瓶内空间底部加工,螺旋精加工功能,刀具R5,路径间距0.2mm,加工余量0,S12000,F1500

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在加工编程过程中,PowerMILL加工切削实体仿真功能可以仿真模拟完整的加工切削过程,检查过切、碰撞、顺铣 / 逆铣和加工质量等切削情况,节省了上机床实际试切加工的成本,确保加工安全。 Delcam PowerMILL 为松鹤瓶的加工提供了一套完整的加工解决方案,提高了机床的加工效率和加工质量,也保证了加工安全。松鹤瓶仅花费了14个小时就加工完成了。

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第五届全国数控技能大赛副总裁判长金福吉先生说:“这件‘松鹤瓶’从外观上看像是由经验丰富的手工艺人精雕细琢刻出来的,以传统的数控加工模式来考虑,几乎是行不通的,首先CAD模型的创建就无法实现,更不用说加工,Declam的技术真不愧是世界一流。”

在2010年的第四届全国数控技能大赛上,Delcam经典大蜘蛛的编程案例在各个学校广为流传;这一次,松鹤瓶成为院校争相关注的焦点。作为此次大赛的指定软件赞助商,Delcam凭借在全球制造业广泛的客户应用基础,以及40余年CAD/CAM领域的丰富经验,不遗余力地支持着每一届大赛,不仅派出了强大的技术团队,安排赛前软件安装、培训,还提供专业的指导方案。在教育领域,Delcam担负着企业对社会的高度责任感,兢兢业业,以数字化先进技术,“培养专业才人,支持产业发展”。
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (5/6/2013)
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