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    如何使用橢圓型刀具進行超弦精加工

    時間:2019-09-16 18:27:43

    來源:中國機械社區

    作者:胡貍

    Mastercam 的 Accelerated Finishing™ 超弦精加工技術是對于使用圓弧刀具進行高效精加工的編程解決方案。可以針對各種形狀的大圓弧刀具,基于刀具形狀,通過特殊刀路算法,對加工過程中的刀具接觸點進行動態補償,可以充分利用圓弧刀具的外形進行高精度高效率的精加工。

    在最新的 Mastercam 2020 版中,超弦精加工技術可以支持五個大類的圓弧刀具:

    1)橢圓型式(Oval Form)

    2)圓桶型式(Barrel Form)

    3)錐度型式(Taper Form)

    4)透鏡型式(Lens Form)

    5)鏡筒型式(Barrel-Lens Form)

    每一種類型的刀具都有各自應用的特點和場景,今天介紹橢圓型式(Oval Form)的刀具的特點和應用場景。

    橢圓型式的圓弧刀具的切削刃由一個大弧度的側刃和一個小弧度的刀尖構成。在進行精加工時,主要使用大弧度側刃進行切削。

    正如之前在超弦精加工原理篇中提到的,使用大弧度切削刃進行精加工,在步距相同的情況下,可以達成更小的殘脊高度。

    舉個例子:同樣直徑為10mm的球刀和橢圓型式圓弧刀,在步距為4mm時,球刀留下的殘脊高度為0.420mm;橢圓型式圓弧刀留下的殘脊高度為0.0235mm。前者留下的殘脊高度是后者的18倍!

    因為橢圓型式圓弧刀側刃弧度大、刀尖弧度小,在實際應用中,適用于 U、V 方向都有曲率的偏陡峭曲面的精加工。

    01

    案例一:渦輪葉片精加工

    渦輪葉片是典型的非直紋曲面,葉片曲面上的曲率是可變弧的,曲面的結構近似扭曲。

    針對葉片特征,選用五軸策略中的漸變(Morph)進行編程

    生成的刀路:

    我們可以看到,生成的刀路中,充分利用了橢圓型式刀具側刃上的大圓弧。

    在這個案例中,選用10mm 橢圓型式圓弧刀具,使用的切削參數:

    轉速:12000 RPM

    進給:1270 mm/min

    步距:1.25mm

    精加工時間:4分30秒

    留下的殘脊高度:0.0048mm

    對比試驗 1:

    選用10mm球刀,使用相同的加工策略和切削參數進行精加工:

    轉速:12000 RPM

    進給:1270 mm/min

    步距:1.25mm

    精加工時間:4分30秒

    留下的殘脊高度:0.0432mm

    對比試驗2:

    選用10mm球刀,加工至與橢圓型式圓弧刀相同的殘脊高度。

    所需精加工時間:10分55秒

    在此案例中,使用超弦精加工技術,將循環時間減少了約 60%

    02

    案例二:陡峭 3D 曲面特征精加工

    選用10mm 橢圓型式圓弧刀具,使用五軸平行(Parallel)策略,切削參數:

    轉速:12000 RPM

    進給:1270 mm/min

    步距:1.25mm

    精加工時間:1分50秒

    留下的殘脊高度:0.0048mm

    對比試驗 1:

    選用10mm球刀,使用相同的加工策略和切削參數進行精加工:

    轉速:12000 RPM

    進給:1270 mm/min

    步距:1.25mm

    精加工時間:1分50秒

    留下的殘脊高度:0.0432mm

    對比試驗2:

    選用10mm球刀,加工至與橢圓型式圓弧刀相同的殘脊高度。

    精加工時間:5分02秒

    此案例中,也將精加工時間減少了近60%。

    03

    總結

    通過以上兩個案例,對比兩種刀具的加工模擬結果顯示,球刀需要較小的步進增量,才能保證精加工表面的質量,當被加工表面較大時,加工時間會變的非常長。而使用大圓弧刀具則可以更大的步進量,來達到同樣的表面質量,這樣一來就可以大幅縮短循環時間。但使用大圓弧刀具時必須保持在切削刃以合適的角度與工件接觸,以便大半徑刀刃輪廓起到最佳效果。

    總結一下,橢圓型式圓弧刀具,適用于 U、V 方向都有曲率的偏陡峭曲面特征的精加工。例如:

    葉片:

    帶有斜度的型腔側壁:

    陡峭3D曲面:

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