CAM曲面造型在数控铣床加工的方法与技巧

　　1 分析零件图
 
   　 1.1 零件图

   　 如图l所示旋钮零件图：

图l  旋钮零件图

   　 1.2 分析零件图

    　根据零件图分析，该旋钮零件由底座和手柄两部分组成，底座为一Φ30的圆柱体和R50球面，手柄则为一梯形挤出出来的实体与一R15球体的交集，而且面与面之间分别倒角R3和Rl。综合分析该零件表面为曲面，曲面粗加工——挖槽，曲面精加工——平行铣削。

    　2 零件曲面造型

    　.1 底座

  　  底座的主体通过旋转的方法生成实体，方法如下所述：

 　   (1)设定图层l，命名为底座草图。

  　  (2)设计构图深度为0，构图平面为前视图构图面，绘制中心线和底座草图，如图2所示。

　    (3)设定图层2，命名为底座实体。

   　 (4)单击主菜单-实体-旋转-串联命令，选取底座草图，然后选取旋转的中心线，生成底座实体。

图2 底座草图  

   　 2.2 手柄

   　 手柄的主体为一梯形挤出实体与R15的球体的交集，方法如下所述：

    　(1)设定图层3，命名为手柄草图，将l、2图层隐藏。

   　 (2)设计构图深度为20，构图平面为左视图构图面，绘制梯形草图，如图3所示。

图3 梯形草图

  　  (3)设定图层4，命名为手柄实体。

    　(4)单击主菜单一实体一挤出一串联命令，选取梯形草图，单击执行菜单，保证挤出方向为负方向，建立实体，距离为加。

    　(5)生成球实体，单击主菜单一实体一下一页一基本实体一圆球命令，指定半径为15，基准点即球心为(0，0，2)。

    　(6)单击主菜单一实体一布林运算一交集命令，选取挤出实体和基本实体圆球，然后单击执行。

    　(7)隐藏l、3图层，显示2、4图层，将底座实体和手柄实体都显示出来，把两个实体结合成一整体。单击主菜单一实体一布林运算一结合，选取底座实体和手柄实体，然后单击执行。

    　2.3实体倒圆角

    　将面与面之间分别倒角R3和Rl，方法如下所述：

   　 (1)单击主菜单一实体一导圆角命令，只打开实体边界，选取倒R3圆角的边界线，然后单击执行。

   　 (2)单击主菜单一实体一导圆角命令，只打开实体边界，选取倒Rl圆角的边界线，然后单击执行。

   　 2.4 由实体生成曲面

   　 将实体生成曲面为加工做准备，方法如下所述：

    　(1)设定图层5，命名为旋钮曲面。

   　 (2)单击主菜单一绘图一曲面一下一页一由实体产生命令，选取旋钮实体，单击执行。

   　 3 加工工艺分析

    　3.1 编程原点的确定

  　  由于旋钮外形轮廓以中心对称，根据编程原点的确定的原则，在XY平面内编程，原点取在工件的对称中心，Z向编程原点取在工件的上表面。

  　  工作设定参数为：

    　工件尺寸：X：32 Y：32 z：25；
   
    　工件原点：X：0 Y：0 z：18

    　3.2 选择加工方式

    　3.2.1 粗加工方式

    　曲面粗加工方式有：平行铣削、放射状加工、投影加工、流线加工、等高外形、残料粗加工、挖槽粗加工和钻削式加工。

    　曲面挖槽粗加工生成一系列平面铣削(等Z值)，是一种最常见的曲面粗加工方法，它还可以使刀具从零件毛胚外开始加工，防止刀具直接埋入工件材料。

   　 3.2.2 精加工方式

   　 曲面精加工方式有：平行铣削、陡斜面加工、放射状加工、投影加工、流线加工、等高外形、浅平面加工、交线清角、残料清角和3D等距加工。

   　 3.3 加工刀具及加工参数的选用

    　3.3.1 选择刀具材料

    　根据工件材料选择刀具材料，如对钢件材料，通常采用高速钢、合金刀具进行加工；对于铜、铝等软材，通常采用普通的刀具材料即可加工，但刀具要锋利，主轴转速要高；对于淬火、烧焊过的模料，应该采用合金刀具加工，不宜采用高速钢刀具。

   　 根据加工条件选择刀具过程中，在满足加工精度的条件下，应尽可能选用较大直径的刀具。

    　3.3.2 选择刀具形状

    　根据刀具的形状，常用的刀具有平头铣刀、圆鼻刀、球头铣刀等，其中平头铣刀主要用于平面、直纹面的粗、精加工；圆鼻刀主要用于粗加工：球头铣刀主要用于曲面精加工。根据零件的形状和加工的方法，粗加工选用直径为12的立铣刀，精加工选用直径为6的球刀。

    　3.3.3 加工参数确定

    　(1)主轴转速：根据公式n=1000V/兀D及常用切削速度的选用原则，粗加工时主轴转速n=1200r/min，精加工时主轴转速n=2500r/min。

  　  (2)进给速度：粗加工时，为提高生产率，在工件质量得到保证的前提下，可选择较高的进给速度。而精加工时，为保证加工精度要求和表面粗糙度要求，应选取较小的进给速度。因此，粗加工F=200～300：精加工F=100～200。

   　 (3)背吃刀量：粗加工的背吃刀量一般取刀具半径的1/5，因此XY为方向2.5mm左右，z方向则取1.5mm：精加工时，为保证工件表面质量，一般在深度方向的背吃刀量等于精加工余量。

    　3.4 加工工艺过程

   　 (1)用Φ12立铣刀进行2D外形铣削粗加工，余留量为0.5mm；

    　(2)用Φ12立铣刀进行挖槽式曲面粗加工，余留量为0.2mm；

  　  (3)用Φ6的球刀进行45°平行式曲面半精加工，余留量为0.05mm；

  　  (4)用Φ6的球刀进行45°平行式曲面精加工；

   　 (5)实体切削验证：

   　 (6)后置处理产生NC程序，把同一把刀作为同一条程序分别生成两条程序O1530和O1531，并保存为“.TXT”文本格式文件：

   　 (7)程序修改后保存并传送到数控机床上。

   　 4 工件的加工操作

  　  4.1 刀具及工件的装夹

    　将主轴和工作台回复到零点位置，把Φ12立铣刀安装好，清理好工作台，然后用虎钳夹紧坯料。
 
  　  4.2 分中对零设定G54工件坐标

   　 (1)启动主轴，转速S600。

    　(2)X轴对中：选择手动模式，操作手轮，把刀具移到坯料的左边，降下主轴，移动工作台使刀具刚好碰到坯料后，升高主轴，把相对坐标X轴清零，然后在坯料的右边进行对刀。刀具刚好碰到坯料后，抬高主轴，此时X轴的相对坐标得到一个新值，操作手轮，将X轴移到该值的中间位置，然后X轴再次清零。这样完成了坯料x轴方向分中，找到了X轴方向的工件零点。

  　  (3)Y轴对中：方法与X轴对中方法相同。

   　 (4)Z轴对零：将刀具向下移动，碰到坯料顶面最低点时，停止移动主轴，将Z轴的相对坐标清零。

    　(5)此时相对坐标中X、Y、Z三轴的相对坐标值显示皆为O，表示刀尖位置处于零点位置。将此时的机械坐标系中的X、Y、Z坐标值记录下来并把它对应输入到G54工作坐标中，这样就设定好G54工作坐标。在MDI模式下输入G00 X0 YO Zl检验对刀的准确性。为了保证顶面加工后有加工余量，可将G54中的Z值减lmm，得到新的G54坐标。

    　4.3 粗加工

    　在程序模式下，将程序O1530调用出来，先进行程序校验，检验程序是否准确。然后将模式调到自动模式，把进给修调、快速修调调到50％，按下循环启动按钮。注意观察其运行是否正常，然后调整进给速度，机床自动执行完成粗加工。

    　4.4 精加工换刀并测量刀具长度补正值Z0

    　曲面精加工时，采用手动换刀，换一把Φ6的球刀进行半精加工和精加工。由于第二把刀的长度和第一把刀的装刀长度不同，也就是z轴的零点变化了，需要重新对零，但工件原来的零点已经被加工掉了，无法直接找回零点。那么我们可以采用间接找零的方法，即采用刀长补正的方法，获得第二把刀与第一把刀之间相差的长度，把它与G54工作坐标的z值比较，即可得到第二把刀的零点位置，注意长度的正负方向问题。将程序O1531调用出来，按照粗加工的操作方法完成零件的自动加工。

   　 4.5 检验并分析

    　加工完毕后，检验零件的尺寸要素和表面质量是否达到了要求，分析加工工艺是否合理，对不合理的地方进行改进，从新修改CAM的工艺参数。

(本文不涉密)
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