東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司 (四川自貢 643001)姚 希 林智輝 巫 山 郭光強 王冬平
我公司各類產品中常見如圖1所示的管座,需加工的部分為“馬鞍形”焊接坡口曲面(圖1中橙色部分)。為保證裝配焊接質量,該坡口曲面的加工尺寸精度要求較高。隨著新產品制造過程中,大直徑、厚壁及難加工材料的“馬鞍形”管座的出現(xiàn),普通的靠模仿形車削加工方式愈發(fā)不能滿足制造要求。因此,我公司改在立式加工中心和數(shù)控龍門鏜銑床上加工此類管座坡口曲面,使用NX CAM軟件編制數(shù)控加工程序。
建立好零件(本例中管座尺寸為φ426mm×32mm)及其毛坯模型后,進入“加工”模塊進行各項設置。
圖1 管座“馬鞍形”曲面
(1)工件坐標系的設置 首先考慮方便對刀,其次考慮X、Y軸行程。本例中工件坐標系設置在零件毛坯頂面的中心,如圖2所示。
(2)部件及毛坯的選擇 部件即為管座零件模型。創(chuàng)建毛坯時,因內外圓不需加工,毛坯與零件的內外圓尺寸一致;毛坯頂面與零件馬鞍頂點高度對齊。如圖2所示,實體部分為部件,半透明部分為毛坯。
(3)刀具創(chuàng)建 粗加工時使用圓刀片銑刀,曲面精加工時使用球頭銑刀。
(1)粗加工采用型腔銑如圖3所示,操作中沒有設置檢查體,指定切削區(qū)域為“馬鞍形”曲面,切削模式為“跟隨部件”,步距按刀具直徑的80% ,并設置切深、主軸轉速和進給率等切削參數(shù)。
最終生成的粗加工刀路(見圖4)較為混亂,加工時間長達67min。觀察其第一層的刀路 (見圖5),可見在同一加工層上,進、退刀較為頻繁,造成空行程過多,加工效率較低。圖4、圖5中黃色為進刀,藍色為切削,白色為退刀,紅色為快速移動。加工現(xiàn)場如圖6所示。
圖2 部件與毛坯模型
圖3 型腔銑設置
圖4 粗加工刀路
圖5 粗加工第一層刀路
(2)精加工采用固定輪廓銑 如圖7所示,指定切削區(qū)域為“馬鞍形”曲面,驅動方法選擇“流線”。設置相應切削參數(shù)后,最終生成精加工刀路,如圖8所示。該刀路連續(xù)、規(guī)則,切削效率高。精加工所用時間為26min。加工現(xiàn)場如圖9所示。
粗加工型腔銑程序中,在管座內部增加一個檢查體(圖10中紅色部分),可避免在管座內腔產生進、退刀,且可以避免刀路進入該范圍內,從而有效地減少了空行程。
設置檢查體后,不改變切削參數(shù),生成的刀路如圖10所示,加工時間縮短為40min。觀察其第一層的刀路(見圖12),可見在同一加工層上,刀路是連續(xù)的,只有一次進、退刀。
圖13、圖14所示為管座加工現(xiàn)場和加工完的情況。
圖6 粗加工
針對我公司實際情況,為提高管座“馬鞍形”曲面數(shù)控加工工藝手段的可操作性,我們對NX CAM軟件進行了二次開發(fā)和定制:
(1)建模模板的定制 只需在定制界面中輸入相關參數(shù),即可生成CAM編程所需的部件和毛坯模型。
(2)加工模板的定制 對管座分類進行加工模板的定制,編程時只需選擇對應的模板即可自動生成刀具、切削參數(shù)和加工刀路等,經(jīng)較少的修改即可完成所需程序的編制。
(3)刀具庫的定制開發(fā) 將加工管座所用各型號刀具的三維模型、其適合加工的材質及對應切削參數(shù)等關鍵信息在CAM刀具庫中進行了定制,方便編程時快速選擇刀具,并進行有效的加工仿真。
(4)機床仿真與工裝夾具庫的定制 對所用的機床進行了仿真定制,并建立了工裝夾具的三維實體庫,可進行有效的加工檢驗。
(5)后處理器的定制 對所用的各類機床分別開發(fā)了專用的后處理器,生成的G代碼程序安全可靠。
直徑和馬鞍落差量較小的管座,采用自定心卡盤進行裝夾。針對大直徑、馬鞍落差量大的管座,進行了專用工裝夾具的開發(fā)(見圖15),擴大了管座加工的尺寸范圍,并提高了工件的裝夾效率,避免了在加工“馬鞍形”曲面底部時機床主軸與夾具發(fā)生干涉。
圖7 固定輪廓銑設置
圖8 精加工刀路軌跡
圖9 精加工
圖10 粗加工程序中添加內部檢查體
圖11 優(yōu)化后的粗加工刀路
圖12 優(yōu)化后的粗加工第一層刀路
圖13 正在加工中的管座
圖14 加工成型的管座
由此,我們開發(fā)出了一套管座“馬鞍形”曲面數(shù)控加工的工藝方案。通過數(shù)控加工手段的引入,管座在下料時長度方向不用考慮工藝余量,可直接按照設計尺寸定長下料。臥式車床上完成內徑和倒角加工后,在數(shù)控機加設備上通過“馬鞍形”曲面的粗、精加工,即可完成整個管座的加工,縮短了工藝流程,且大大提高了加工質量,并解決了大直徑、厚壁及難加工材料管座的加工難題。
圖15 大尺寸管座夾具示意圖
該管座“馬鞍形”曲面的數(shù)控加工工藝,已經(jīng)廣泛應用于公司生產中。根據(jù)對實際加工情況的統(tǒng)計,經(jīng)過程序優(yōu)化后,其平均單件加工時間能夠縮短約40%,大大提升了加工效率,同時降低機床能耗約40%。管座尺寸越大、“馬鞍形”曲面落差量越大,其加工效率提升越明顯。