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彎管五（wǔ）軸銑削加工策略應用

2021-10-20 來（lái）源：中航光電科技股份有（yǒu）限公司作者：趙利

彎管是一種特殊的零（líng）件，彎管加工分粗加工與精加工，一般精加工常常采用棒糖式刀具，目前市（shì）場上主流的編程軟件很少有彎管編程這個模塊，一般（bān）都（dōu）要靠編程人員（yuán）的加工（gōng）經驗進行拆（chāi）分加工，效率低且容（róng）易出錯。我公司采用的（de）編程軟件Cimatron E 13.0版（bǎn）本中新增加五軸彎（wān）管編程（chéng）模塊，可快速編製彎管加（jiā）工程序（xù），使用方便，效率極高，現結合我公（gōng）司幾種（zhǒng）不鏽鋼彎（wān）管加工實例，簡單介紹一下該編程模塊。

1.零件分析

我公司長加工的彎管結構見圖1所示，材（cái）質為不鏽鋼，毛坯采用棒料加工。工件角度分（fèn）為90°與135°兩種，外形兩端直線（xiàn）部分尺寸（cùn）要求必保，內腔過線要求圓滑過渡，不允許出現尖邊（biān），高點（diǎn），彎管外形及（jí）直線部分采用（yòng）五軸銑加工完（wán）全能夠保證，關鍵是內腔（qiāng）如何做到光（guāng）滑過渡，沒有（yǒu）接（jiē）刀痕。

圖 1 彎管結構圖

2.原來的加工方法

最初（chū）的加工方法是：外形兩端（duān）直線部分五軸定位加工，中間曲麵（miàn）球頭刀加工，分兩次從孔口處開始加工所有內腔，將內腔曲麵分割成幾段（duàn）曲麵，能采用三（sān）軸加工的盡可能采用三軸銑（xǐ）曲麵（miàn）加工，相交處R采用（yòng）五軸航空銑，棒糖銑刀加工。加工完外形、內腔以後片掉工（gōng）件，下道工序以端麵定位（wèi），調頭裝夾直線（xiàn）部分，銑外形剩餘（yú）曲麵，見圖2所示。

圖 2原來的加工方法

原方法存在的（de）問題（tí）：

（1）編程（chéng）困難，程（chéng）序驗證麻煩。將內腔曲麵分割成幾段，裏麵有三軸銑，也有五軸銑，加工質量及（jí）效率要靠編程人員技（jì）能保證。程序驗證時采用VERICUT軟件仿（fǎng）真，但隻能檢測嚴（yán）重的碰撞與過切，加工後產生的接刀痕及尖邊等細節部位無（wú）法檢查，並且因機床誤差及裝夾誤差的存在，多軸銑削後的接刀問題是（shì）仿真軟件（jiàn）無法解決的（de），隻能靠編程人員的經驗，手動修改、補償，以最終（zhōng）加工出的產品實物為依據。

（2）加工出的內腔不光（guāng）滑，多次接刀避免不了尖邊（biān）。多次設想采用棒糖刀一次加（jiā）工出所有內腔曲麵，因沒有合適的加工測量，產生的加工軌跡不合適而作罷。工件加工完成後添加鉗（qián）工拋光工序，由鉗工對內腔相關處R角（jiǎo）進行打磨，消除接刀。因工件材（cái）質（zhì）為不鏽鋼（gāng），鉗工加工費時費力，經常出現尖邊打磨不到位，割傷導線等問題。

這種加工方法不僅效率低，而且要靠人（rén）工來保證工件關鍵尺寸，受工人個體差異及情緒影響，造成（chéng）產品質量（liàng）不穩定。

3.新加工方法的研（yán）究

通（tōng）過（guò）分析（xī），原來采用的加（jiā）工方（fāng）案並無多大問題，問題主要出現在編程上，簡單的（de）說就是加工內腔時沒有一種加工策略可以采用棒（bàng）糖（táng）刀一次精加工所有內腔曲麵。

去年，我公司編程軟件進行升級，由Cimatron E 10版本（běn）升級為E 13.0版本，在五軸加工模塊中增加了彎管銑削策略，見圖3所示。

圖 3 彎管銑削策略

我們（men）希望通過該策略可以實現彎管內腔一次銑削（xuē）到（dào）位，實現內腔沒有接刀的問題（tí）。首先我們先（xiān）了解該策略中的四種銑削模式，兩種粗加工模式，兩種精加（jiā）工模式，圖4是各（gè）種模式加工刀具軌（guǐ）跡。通過軌跡對比，我們首先排除使用粗加工模式，因棒糖刀加（jiā）工能（néng）力有（yǒu）限，不適合不鏽鋼件的開粗，最多采用二次開粗對相貫處R去小部分餘量。兩種精加工模式，根據產品特點，采用精加工繞的模式更適合彎管內腔加工，加工策略定下後，我們測試了產品整個精加工軌跡是否滿足要求。

圖 4 彎管銑（xǐ）削加工模式

通過對彎管銑削模式的（de）進一步探索，我們彎管精加工編程非常簡單、方便，隻需要點選好加工部位，幹涉檢查設置（zhì）恰當，設置好切削（xuē）參數就（jiù）行。並且（qiě）該加工模塊還有兩個我個人認為非常有用的設置單元，一個是加工區域設置，一（yī）個是加工角度限製（zhì）。

圖 5 加（jiā）工區域設置及加工角度限製

簡單介紹一下，為什麽我（wǒ）覺得這兩（liǎng）個參數重要。首先，加工區域設（shè）置，第一（yī）行選項：“輸出類型”。裏麵有三種設置，頂部，底部，兩者，選頂部，刀具軌跡的輸出是從頂部開始，直至幹涉檢查起效果後不再向下加（jiā）工，一（yī）般情況下，彎管的內腔（qiāng）精加工從頂（dǐng）部輸出後（hòu）能加工絕大部分內容，隻剩下一小部分加工不（bú）到位，需要再設置一個（gè）從底部的加工策略（luè），根據（jù）我們的使用經驗，一般不建議選“兩者”，這樣（yàng）軟（ruǎn）件會自動幫你選擇頂底的輸出順序，因是五軸加工，要（yào）考慮機床（chuáng）安全性（xìng），設置為“兩者”，不僅要考慮編程時的安全高度（dù），還要看後（hòu）置文（wén）件的安全設置（zhì）處（chù）理是否合理，假如與（yǔ）一個安全設置不合理就會（huì）出現撞機事故，不如重新設置一個底部加工策略，讓刀具回（huí）到安全點後再加工（gōng），從編（biān）程合理性考慮（lǜ）更優化一些。

加工角度限製設置，五（wǔ）軸編程大家都了解，編程時要盡可能控製機床的（de）擺動幅度及頻次，不僅更安全，而且加工出來的工件質量更好，更穩定。例如，加工90°的彎管，從頂部（bù）輸出不用設置角度限製，隻要設置好幹涉檢（jiǎn）查就行。但從底部輸（shū）出時，我們一（yī）般將Z軸角（jiǎo）度設置為100°以內，假如底部輸（shū）出的角度限製可以滿足加工完所有曲麵，那麽我建議將Z軸角度限製盡可能改小，這樣機床擺動幅度較小，更有（yǒu）利（lì）於幹涉檢查機（jī）加工效（xiào）率。

其（qí）它設置包括“幹涉檢查”與“連接”，按正常加工經驗設置就好，沒有什麽需要特別強調的。

解決完彎管的精加工程序後，再（zài）簡單介紹一下我們粗加工彎管內腔的一點經驗。剛才已經跟大家介紹了，不建（jiàn）議直接采用（yòng）彎管粗加工策略，我們的加工方案是，先加工完外（wài）形，再選用合適的鑽頭分別從頂（dǐng）底鑽孔去餘（yú）量，才分別從兩（liǎng）端體積銑去餘量，這樣隻剩下（xià）相貫處R還有（yǒu）部分餘量，這時（shí）還不能直接（jiē）用棒糖（táng）刀精加（jiā）工，餘量還是（shì）有（yǒu）點大，這樣不但加工效率（lǜ）低，還（hái）容易斷刀，再（zài）使用切削能力較好的球頭刀進行半精（jīng）加工，主要是去除相貫處R處餘量，這樣，內腔曲麵餘量就（jiù）均勻一致了，再使用棒糖刀進行精加工（gōng）就可（kě）以完美解決彎管的加工問題了。圖6是開粗示意圖，圖7是加工後的產品效果圖。

圖 6 台階鑽孔去餘量，采用球頭刀去除相貫處R餘量（liàng）

圖 7 加（jiā）工過程及加工（gōng）後效（xiào）果圖

6.結語（yǔ）

Cimatron編程軟件新增加（jiā）的這個彎管銑削模塊，對彎管類零件內腔的精加工是非常有效的，刀具軌跡（jì）簡潔，安全檢查方便，參數（shù）設置豐富實用，結合合理（lǐ）的粗加工策略，順利完成了我公司各類彎管零件的加工，不僅保證了（le）產（chǎn）品質量，而且提高了（le）加工效率，降低了生產（chǎn）成本（běn），為今後類（lèi）似結構零件的加（jiā）工提供了新思路。

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