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PowerMILL5.5在高强度板拉延模凹模加工中的应用
  2008年05月11日

    众所周知,Delcam的PowerMILL软件是目前较为优秀的CAM软件,由于其自身的很多优势,在我国的用户群发展很快。本文所介绍的是PowerMILL5.5在拉延模具加工中的一个应用案例,文中较为详细地介绍了高强度钢板中的回弹几何补偿、深型腔凹模的数控加工工艺和基于PowerMILL5.5的数控编程方法及参数设置等。本文定会对想要了解和使用PowerMILL读者有所帮助。

    长安模具制造中心是长安汽车股份有限公司下属单位,是长安汽车车身及大型覆盖件夹模具设计制造的大型专业生产基地,也是汽车新品开发基地。它成立于20世纪60年代,经过几十年的发展,拥有数十台高、精、尖设备,包括一台高速五轴数控龙门铣床。具有逆向工程,冲压仿真分析,模具、检具、夹具结构设计,型面造型和计算机辅助编程的专业技术,具备了年产200副大中型模具的生产能力。

    近年来,中心在激光拼焊板模具和高强度钢板模具都有成功开发经验。本文将介绍的是高强度钢板拉延模具在PowerMILL5.5中的数控编程。

一、数模准备

    在考虑加工方案时,分析加工对象是很有必要的。本模具是汽车后地板前隔板的拉延模的凹模,板料为高强度钢板JAC440WN-45/45 t1.40。为防止回弹,采用几何补偿的方法对产品进行了适当的改变,如图1所示。图中1指示是产品,2指示补偿后的模型。凹模特征为深型腔,有微小负角,要进行型面加工和成型标记孔加工,如图2所示。模具材料MoCr铸铁,加工前的材料硬度HRC28,毛坯状态为方形铸件。

图1 断面示意图

    模具的数字模型采用UGNX造型,一般在UG中通过模型检查转入PowerMILL后都不会有问题,也可用 PowerSHAPE 补面,对数模整理,曲面方向的统一等,方便在PowerMILL编辑。

图2 断面和负角检查

二、型面加工的总体方案

    模具型面加工一般要经过粗加工、半精加工和精加工三道工序。对均匀余量采用往复或等高加工方式,对大余量采用层加工方式。型面加工前,要先清根加工,切削掉根部的加工量,从而使刀轨在方向转变时没有切削的负荷,保证了加工的速度和刀具的寿命,提高加工的效率。其次要合理分块,采用不同的加工方式。

    (1)根据型面特点分块,陡峭区、平坦区分开加工;

    (2)根据加工的刀长分块,分长、短刀,保证加工系统的刚性;

    (3)拥有五轴机床时,可考虑加工摆角的可行性。

三、凹模数控加工的具体加工工艺

    把UG中的需要加工的CAD模型转出成为单独的文件放到加工的文件夹,打开PowerMILL5.5,Import数据,按以上的方法进行编程。凹模放料厚-1.4mm,因此安排粗加工留余量-0.2mm,半精加工留余量-1.1mm,精加工到-1.4mm。下面重点介绍部分加工程序。

    1. 粗加工

    由于铸件的是方坯,粗加工我们采用偏置区域清除顺铣。因为模具的型面都比较复杂,采用偏置区域加工可以获得更符合模具型面的加工模型。刀具采用Φ63R6的黛杰圆角端铣刀,行距45mm,下切步距2mm。PowerMILL的等高开粗加工,有较多的参数来优化刀具路径。表格的区域过滤器参数,充分考虑到圆角铣刀的特点,具有加工盲区,过滤较小区。光顺连接参数,光顺了刀具路径的尖角处,并在刀具过载的凹进区域可有选择的采用摆线加工。加工平坦区域参数,可以切削平坦区。高速加工选项,轮廓光顺可以将轨迹变的更光顺。有了这些参数,在机床在执行PowerMILL的刀轨时,可以保持恒定的转速和进给,达到高效切削的目的。

    2. 残余量的粗加工

    残余量粗加工的目的是去除粗加工时由于采用大的刀具而在工件的凹角处留下的过多余量,这样在半精加工前能获得比较均匀的加工余量,有利于提高半精加工的加工效率。根据残留模型,用Φ32R6的黛杰圆角端铣刀具进行偏置区域清除,顺铣方式,行距15mm,下切步距2mm,如图3所示。

图3 残余量粗加工


   3. 半精加工之前的清根

    采用陕西航空公司的硬质合金螺旋铣刀R12.5球刀笔式清根,由于加工的面不大,无须分长短刀加工。

    4. 半精加工

    半精加工一般都会分区采用不同的加工方式根据刀长分开编制程序,以提高效率。分区时考虑区域之间要有覆盖,将产生接触点边界程序。将压料面部分用短刀平行加工,圆弧连接,如图4所示。拔模面采用等高加工,工艺补充面和产品面采用长刀平行加工方式。在平行加工和等高加工的刀具路径的尖角处都采用了圆角的光顺处理,并配合螺旋进刀的方式。平行加工步距3mm,等高加工步距1mm。刀具采用陕西航空公司的硬质合金螺旋铣刀R12.5。

图4 平坦区域采用平行加工、圆弧连接

    5. 精加工之前的清根

    PowerMILL的清根方法有10多种。R10用球刀笔式清根,R5、R3采用PowerMILL精加工策略中的参考刀具笔式清根,来去除凹角处未能加工的残留余量。针对这模型,无须其他策略,只是在型腔部分清根,由于小刀具刀有长有短,需要分区采用3+2轴加工。

    6. 精加工

    精加工总的特点和半精加工在加工方式上是一样的,只是因为采用的刀具更小和更短会分更多的区域,步距和公差应更小。平行加工步距0.5mm,等高加工步距0.5mm,公差0.02。

    7. 摆角3+2轴加工

    采用PowerMILL的刀夹、刀杆的干涉碰撞检查功能,检测出我们加工所需要的有效刀具长度。对于深腔区域,需采用的刀具比较长,加工效率低,因此我们采用PowerMILL的3+2功能来加工。模具的成形标记孔,孔轴心是型面的法线Z轴有夹角,因此也要采用3+2轴功能,如图5所示。轴向可以通过定义用户坐标系或在造型软件中准备。

图5 摆角20°平行加工、圆弧连接

    8. 刀轨编辑

    PowerMILL对刀轨的编辑很方便,具有任意裁剪和重排刀具路径顺序等功能,如移动开始点、任意修改下刀位置等,满足各种情况下的加工,而且是很安全的。

    刀轨编辑完成后要对程序命名,可采用PowerMILL提供的外挂VB程序进行命名。可以在几秒钟达到基本的要求,再经过简单的更改,就符合了企业的数控程序命名规范。

    9. 程序的后置处理

    选中所有的程序赋予后置处理器,程序一次计算完成,并自动放在文件夹中。接下来要利用PowerMILL中的SetupSHEET的模块定制好企业的工艺清单模板。SetupSHEET会提取编程中刀具的参数、加工余量、加工时间、最深Z值等,并将其直接写到工艺清单当中。可以通过清单再检查程序的参数设置,防止错误的产生。因此SetupSHEET就非常方便,既提高了加工的效率,又准确。

三、结束语

    长安模具中心采用DELCAM软件以来,大大提高了模具的加工效率。程序的光顺考虑降低了刀具成本,程序的安全性使操作者非常放心。

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