口罩機(jī)齒輥的加工仿真與實(shí)現(xiàn)

祁跡，黃小峰，鄺錦祥

（東莞臺(tái)一盈拓科技股份有限公司，廣東 東莞523000）

0 引言

2020年初突如其來(lái)的新冠疫情導(dǎo)致口罩機(jī)熱銷，市面上甚至有用其他機(jī)器改造成口罩機(jī)的。根據(jù)生產(chǎn)口罩的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，配套加工一套壓花齒輥，就能將原來(lái)生產(chǎn)N90或者紙尿褲、防溢乳墊的機(jī)器改造成生產(chǎn)N95口罩的設(shè)備。由此可知，口罩機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)部件就是壓花齒輥，一時(shí)需求暴漲，供不應(yīng)求，價(jià)格高昂。齒輥的形狀特征為圓柱形，表面要雕銑出復(fù)雜的花紋和切斷結(jié)構(gòu)，因此一般采用四軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。我公司采用自己主營(yíng)的Wintop MC-500高速立式加工中心，通過(guò)增配和數(shù)控編程開(kāi)發(fā)，快速形成數(shù)量達(dá)800以上機(jī)臺(tái)的齒輥制造生產(chǎn)能力。機(jī)床的特點(diǎn)是：1）在通用機(jī)床上加裝第四軸進(jìn)行數(shù)控改造，設(shè)備成本減半；2）加工效率比大型機(jī)床高30%左右；3）通過(guò)改造與調(diào)試，加工精度完全滿足要求。

口罩齒輥形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工序要求嚴(yán)格，加工時(shí)間長(zhǎng)，一般需要高配電腦或者工作站進(jìn)行前期編程處理。加工難度則體現(xiàn)在齒輥材質(zhì)為高強(qiáng)度鋼，精度要求高，在多次裝夾過(guò)程中要保證同心度在0.005 mm以內(nèi)，刀口的均勻度要好，否則切割出的口罩會(huì)出現(xiàn)藕斷絲連和毛邊現(xiàn)象，一個(gè)細(xì)微的改動(dòng)就可能導(dǎo)致返工甚至重做一根輥。因此必須在加工前利用仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證刀軌的正確性及工藝安排的合理性，將風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

1 加工策略制訂

1.1 加工工藝方案設(shè)計(jì)

口罩齒輥零件材料為高強(qiáng)度DC53鋼棒，尺寸為φ80 mm×293 mm。采用MC-500四軸高速立式加工中心，自定心卡盤裝夾，遵循先粗后精加工原則：粗加工→半精加工→精加工→清根→熱處理→精磨→精加工。零件加工程序單如表1所示。

表1 零件加工程序單

1.2 生成加工刀路

以UG NX10.0軟件為平臺(tái)[1]，采用mill_multi-axis模塊功能里面的點(diǎn)線驅(qū)動(dòng)模式完成齒輥加工的刀軌設(shè)計(jì)[2]，具體刀軌策略是曲線/點(diǎn)，生成的刀軌如圖1所示。

2 后處理開(kāi)發(fā)

后處理技術(shù)是將自動(dòng)編程得到的刀軌數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成機(jī)床能夠讀取的NC加工代碼，是連接計(jì)算機(jī)輔助編程軟件CAM與實(shí)際加工機(jī)床的橋梁。刀位軌跡只有經(jīng)過(guò)后置處理才能生成符合實(shí)際加工需要的數(shù)控程序[3]，它的合理應(yīng)用與數(shù)控機(jī)床的高效運(yùn)行密不可分。因此后置處理技術(shù)是數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一[4]。

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要指的是搜集和產(chǎn)品加工相關(guān)的資料，如機(jī)床原點(diǎn)、編程原點(diǎn)、機(jī)床行程、數(shù)控系統(tǒng)（三菱M80A）等數(shù)據(jù)。

2.2 定制后處理

1）設(shè)置后處理名稱為4th_axis_A，單位為mm，機(jī)床類型為4軸帶臥式轉(zhuǎn)臺(tái)，如圖2所示。

圖1 刀軌生成路線示意圖

圖2 設(shè)置機(jī)床類型

2）機(jī)床行程設(shè)置：X600，Y400，Z450；X、Y、Z軸最大切削速度設(shè)置為3000。

3）第4軸設(shè)置旋轉(zhuǎn)平面為YZ（A軸），最大進(jìn)給率為3600°/min），軸限制為±99 999°。

4）在程序和刀軌標(biāo)簽中選擇G代碼，設(shè)置公制代碼為G21。

5）在程序和刀軌標(biāo)簽中選擇程序，設(shè)置程序初始化指令起始序列。

6）保存退出。在保存目錄下會(huì)生成3個(gè)文件，分別是：4th_axis_A.def、4th_axis_A.tcl、4th_axis_A.pui，其中.def為定義NC輸出格式，.pui為下次再次編輯文件，.tcl為處理事件生成器發(fā)送過(guò)來(lái)的事件，并提供處理方式。

7）設(shè)置完成后，集成后處理。在后處理的安裝目錄下打開(kāi)后處理配置文件template_post，添加以上生成的后處理文件，如圖3所示。

圖3 集成后處理

3 產(chǎn)品加工實(shí)現(xiàn)

3.1 仿真加工

通過(guò)CAM軟件生成的只是反映刀具相對(duì)工件走刀的點(diǎn)位軌跡，對(duì)于任何數(shù)控系統(tǒng)都是一樣的，但是真正要在實(shí)際設(shè)備上加工，還需要把刀具軌跡同實(shí)際應(yīng)用的數(shù)控系統(tǒng)編程指令結(jié)合起來(lái)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)數(shù)控設(shè)備可以運(yùn)行的程序。通過(guò)刀軌動(dòng)畫仿真如圖4和圖5所示，動(dòng)畫仿真過(guò)程沒(méi)有出現(xiàn)干涉、碰撞等問(wèn)題。

3.2 實(shí)體加工

程序仿真無(wú)誤后，為了驗(yàn)證該方法的高精度和高效性，利用Wintop MC-500四軸立式加工中心（如圖6）對(duì)口罩機(jī)齒輥進(jìn)行了實(shí)體加工驗(yàn)證（如圖7）。經(jīng)檢驗(yàn)，各項(xiàng)加工指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

圖4 部分加工程序

圖5 動(dòng)畫仿真設(shè)置

圖6 Wintop MC-500四軸立式加工中心

4 結(jié)語(yǔ)

以口罩機(jī)齒輥加工為例，介紹了基于UG軟件平臺(tái)和Wintop MC-500四軸立式加工中心對(duì)口罩機(jī)齒輥進(jìn)行數(shù)控仿真與實(shí)體加工的思路與步驟，利用UG/Post Builder開(kāi)發(fā)了針對(duì)四軸立式加工中心的專用后處理程序，并通過(guò)刀軌仿真對(duì)其G代碼程序進(jìn)行了驗(yàn)證及優(yōu)化，為安全生產(chǎn)提供了有效保障，達(dá)到了預(yù)期效果，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖7 產(chǎn)品實(shí)物圖