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模具高速加工的NC编程策略

2012-01-02 22:29来源:发布者: 查看:

引言
       高速加工技术是采用高转速、快进给、小切深和小步距来提高切削加工效率的一种加工方式。它已在航空航天制造、汽车工业和模具制造、轻工产品制造等重要工业领域创造出了惊人的效益。高速加工的成功实现取决于许多因素,包括高速主轴、CNC系统、专用刀具,以及特殊的加工工艺和加工控制方发等。
       在高速加工过程中,刀具的非正常破损是当前高速加工所面临的重要难题。加工余量不均匀极易引起刀具破损和过切,因此保持恒定的材料去除率很重要。然而,对于带有底面、壁面、凹槽和斜面的复杂3D型面加工中,很难满足这一要求。因为尖锐的转角或刀具方向的突然变化等很容易导致刀具过切、破损甚至损坏主轴。此外,在高转速和高进给速度的加工条件下,刀具极易损坏;同时高速加工机床所使用的许多刀具,在周边或中心处都进行了处理,以便高压冷却液或压缩气体将切屑从工件上吹走。这些处理在某种程度上削弱了刀具的强度,应当尽可能避免。 
       为保证高速加工顺利进行,提高零件的加工质量,延长刀具寿命,缩短加工时间,高速加工具有不同于普通数控加工的特殊工艺要求,如保持恒定的切削载荷、每齿进给量应尽可能保持恒定,并保持稳定的进给运动,使进给速度损失降低到最小、避免走刀方向和加速度的突然变化、程序处理速度最佳化。这些要求在制定高速NC 编程策略时应得到充分注意。
       国内外一直注重对高速加工的研究,在高速加工条件下的切削刀具、高速加工仿真、加工过程的精度保障、刀具监控、自适应控制等方面已经进行了大量的研究工作。许多应用软件已经不同程度提供了高速加工专用模块。但对于如何优化高速加工的Nc 编程策略,以消除加工过程中的刀具崩刃等刀具非正常破损,充分发挥高速加工机床的高效高精度性能等问题,尚需进行深入的研究和探讨。
       本文主要从优化工艺过程,消除刀具非正常破损的角度出发,详细阐述了金属模具高速加工NC 编程的优化策略:(1)走刀路径的选择与优化;(2)合理选择切削用量;(3)采用高速高精度的关键控制技术;(4)典型型面与难加工型面的加工策略。
高速加工走刀路径的选择与优化 
       一条有效的刀具路径可以通过保持稳定的切削载荷来保护刀具,并通过避免加工方向的突变来保持高的进给速度,它将直接决定复杂型面高速加工的可能性、质量与效率。
1、高速加工刀具轨迹生成的基本原则及方法
       利用CAM系统进行高速加工NC编程所生成的刀具路径,不仅要满足尺寸和轮廓的高精度要求,同时还要考虑加工工艺的加工细节,选择适当的加工策略和工艺参数来优化各种刀具路径,以改善切削条件,减少加工时间,减少刀具磨损,避免刀刃破损或刀柄折断等。
       高速加工的刀具轨迹必须满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削载荷平滑、满足加工要求等条件;同时,保证零件的加工精度和表面粗糙度要求;缩短走刀路线,减少进退刀时间和其它辅助时间;方便数值计算,减少编程工作量;尽量减少程序段数。
       零件轮廓形状对加工效率、加工质量、编程计算复杂性和零件程序长度等有着重要影响。如何根据型面形状、刀具形状以及零件加工要求,合理选择走刀路径是一个十分复杂但又非常重要的问题。复杂型面加工可采用多种走刀路径,如参数线型、截面线型、放射线型、环型等。参数线走刀的刀具轨迹规划和刀位计算简单,适合于参数线分布较均匀的情况。截面法对于曲面网格分布不太均匀以及由多个曲面形成的组合曲面的加工非常有效。环切法主要应用于边界受限制零件(如型腔类零件)的加工。在采用环切法加工螺旋桨桨叶等类型的零件时,由于工件刚度小,加工变形问题突出,因此采用从里到外的环切走刀时,刀具切削部位的四周可受到毛坯刚性边框的支持,有利于减小工件在加工过程中的变形。

(责任编辑:laiquliu)

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