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1、型芯电极零件数控编程及加工模拟 摘要：型芯电极的数控铣削加工程序的编制是成型电极轮廓外形的关键环节，是电极放电加工工艺要求的必要前提。本文通过对此零件的工艺分析，拟定总体设计方案，并逐步介绍零件的加工操作，以及后处理与仿真，根据加工结果对加工方案进行设计改进和个人设计总结。一、型芯电极零件的加工工艺性分析与总体设计方案 1.1 工艺分析 （1）由于电极放电加工工艺的要求，对电极必须要加工出一个电火花放电间隙。（2）型芯外壳的内表面，整体需要一定的表面粗糙度，用于外壳的美观和防滑。（3）不同的平面或不同的曲面的精度加工要求不同，应分别对待。（4）对小半径曲面等细微之处要进行单独的半精加工或精加工
2、，以免加工不到位。1.2 总体设计方案 （1）型腔铣加工；作为粗加工程序可快速去除零件的毛坯余量，为零件的后续加工做准备。（2）轮廓粗加工；继续去除粗加工零件后的毛坯余量，重点加工出型芯电极上半部分内平面的轮廓，为零件后续的半精加工或精加工做准备。（3）深度加工轮廓加工 1：重点加工型芯电极上半部分轮廓，对陡峭曲面进行半精加工。（4）深度加工轮廓加工 2：重点对型芯电极下半部分外表面加工，精度要求不高。（5）平面铣加工 1：对零件内部平坦表面进行精度加工。（6）平面铣加工 2：对零件外部平坦表面进行精度加工，精度不及平面铣加工 1。（7）轮廓区域加工：对型芯电极的曲面进行精加工。（8）清根参考
3、刀具加工：对小半径曲面的清角进行精加工。二、型芯电极零件加工编程与模拟仿真设计 2.1 型芯电极零件的加工操作准备 （1）打开文件，在【标准】工具条中单击【开始】按钮，选择【加工】，弹出【加工环境】对话框，选择合适的加工配置模板后单击【确定】按钮，如图 1 所示。（2）在【导航器】工具条中单击【几何视图】按钮，将【操作导航器-几何】设置为几何视图，接着在 MCS_MILL 中双击，弹出 Mill Orient 对话框，在MCS_MILL 对话框中单击【CSYS 对话框】按钮，进入 CSYS 对话框，将【类型】设置为【自动判断】，选择长方体的顶平面，然后单击【确定】按钮退出对话框。如图2,3,4
4、 所示。图 1 图 2 图3 图4 （3）在 Mill Orient 对话框中将【安全设置选项】设置为【平面】，单击【指定安全平面】按钮，弹出【平面构造器】对话框。同样选择长方体的顶平面，在【偏置】文本框中输入“20”，然后单击【确定】按钮退出。如图 5 （4）在【操作导航器几何】双击 WORKPIECE，弹出【铣削几何体】对话框。单击【选择或编辑部件几何体】按钮，弹出【部件几何体】对话框，选择电极实体后退出；单击【选择或编辑毛坯几何体】按钮，弹出【毛坯几何体】对话框，选择长方体后退出，如图 6，7。图 5 图6 图 7 （5）在【插入】工具条中单击【创建刀具】按钮，弹出【创建刀具】对话框，设
5、置刀具的创建类型和名称 D12，单击【确定】按钮，弹出【铣刀-5 参数】对话框，设置刀具几何参数后退出。同理，参考这一步操作创建刀具名为 D10，D6，D4，R1.5 和 R1 的铣刀.。如图 8、9、10、11 所示。（刀具 D12 直径参数设置为11.6mm，实际所使用为 12mm，是为了在加工过程中将电极单边多加工出 0.2mm 的火花位，以满足电火花放电加工时的工艺要求。）图 8 图 9 图10 图 11 2.2 编写型芯电极的加工程序 2.2.1 编写型腔铣程序 （1）在【插入】工具条中单击【创建操作】按钮，弹出【创建操作】对话框。将【类型】设置为 mill_contour，【操作子
6、类型】选择 CAVITY_MILL 按钮，【刀具】选择 D12，【几何体】选择 WORKPIECE，如图 12 （2）单击【确定】按钮，弹出【型腔铣】对话框，将【切削模式】设置为【跟随部件】，【平面直径百分比】设置为 65，【全局每刀深度】设置为 1。单击【切削层】按钮，弹出对话框，设置切削层深度，然后单击退出，如图 13。（3）在【型腔铣】对话框中单击【切削参数】按钮，弹出【切削参素】对话框，在其中设置参数如图 14、15、16 所示后退出。（4）在【型腔铣】对话框中单击【非切削移动】按钮，弹出【非切削移动】对话框，设置参数如图 17 所示后退出。（5）在【型腔铣】对话框中单击【进给和速度】
7、按钮，弹出【进给和速度】对话框，设置参数如图 18 所示后退出。（6）在【型腔铣】对话框中单击【生成】按钮，生成刀具路径，如图 19 所示。图 12 图13 图 14 图 15 图16 图 17 图 18 图 19 2.2.2 编写轮廓粗加工程序 （1）在【插入】工具条中单击【创建操作】按钮，弹出【创建操作】对话框。将【类型】设置为 mill_contour，【操作子类型】选择 CORNER_ROUGH 按钮，【刀具】选择 D4，【几何体】选择 WORKPIECE。（2）单击【确定】按钮，弹出【轮廓粗加工】对话框，将【平面直径百分比】设置为 55，【全局每刀深度】设置为 0.2，切屑模式为【配
8、置文件】，单击【选择或编辑修剪边界】按钮，弹出【修剪边界】对话框，将【修剪侧】设置为【外部】，然后选择型腔边界，单击【确定】按钮退出，如图 20。图 20 （3）单击【切削参数】按钮，弹出【切削参数】对话框，设置其中参数，如图 21,22,23,24。（4）在【轮廓粗加工】对话框中【非切削移动】按钮，设置其中参数，如图25,26。（5）在【轮廓粗加工】对话框中单击【进给和速度】按钮，设置其中参数，如图 27。（6）在【轮廓粗加工】中单击【生成】按钮，生成刀具路径，如图 28。图 21 图22 图 23 图 24 图25 图 26 图 27 图 28 2.2.3 编写深度加工轮廓程序 1 （1）
9、在【插入】工具条中单击【创建操作】按钮，弹出【创建操作】对话框。将【类型】设置为 mill_contour，【操作子类型】选择 ZLEVEL_PROFILE 按钮，【刀具】选择 D10，【几何体】选择 WORKPIECE。（2）单击【确定】按钮，弹出【深度加工轮廓】对话框，将【全局每刀深度】设置为 0.3。单击【选择或编辑切屑区域几何体】按钮，弹出【切削区域】对话框，选择所有放电区域的曲面，单击【确定】按钮退出，如图 29。图 29 （3）单击【切削参数】按钮，弹出【切削参数】对话框，设置参数，其中【策略】【拐角】如图 21、23。（4）单击【非切削移动】按钮，设置参数如图 30 所示后退出。
10、（5）单击【进给和速度】按钮，设置参数，主轴速度为 10000，切削速度为2400 （6）在【深度加工轮廓】对话框中单击【生成】按钮，生成刀具路径，如图31 图 30 图 31 2.2.4 编写深度加工轮廓程序 2 （1）在【操作导航器几何】选择上一段早已创建的深度加工轮廓程序，右击，在弹出的快捷菜单中选择【复制】命令复制程序，然后将程序粘贴在【操作导航器几何】中。（2）双击复制程序，弹出【深度加工】对话框，将【全局每刀深度】设置为1。单击【选择或编辑切削区域几何体】按钮，选择电极台所有外侧曲面后退出。如图 32。（3）单击【非切削移动】按钮，设置参数如图 33、34 所示后退出。（4）在【深
11、度加工轮廓】对话框中单击【生成】按钮，生成刀具路径，如图35。图 32 图 35 图 33 图 34 2.2.5 编写平面铣程序 1 （1）在在【插入】工具条中单击【创建几何体】按钮，弹出【创建操作】对话框。将【类型】设置为 mill_planar，【操作子类型】选择 FACE_MILLING 按，【刀具】选择 D4，【几何体】选择 WORKPIECE。（2）单击【确定】按钮，弹出【平面铣】对话框，将【平面直径百分比】设置为 55，【毛坯距离】设置为 0【全局每刀深度】设置为 0.1。单击【选择或编辑面几何体】按钮，弹出对话框，选择加工平面，然后单击退出，如图 36。（3）依次打开【切削参数】
12、、【非切削移动】和【进给与速度】按钮，设置其中参数，如图 37、38、39、40。其中主轴速度 18000，切削速度 7500。（4）在【深度加工轮廓】对话框中单击【生成】按钮，生成刀具路径，如图41。图 36 图37 图 38 图 39 图40 图 41 2.2.6 编写平面铣程序 2 （1）在【操作导航器几何】选择上一段早已创建的平面铣程序，右击，在弹出的快捷菜单中选择【复制】命令复制程序，然后将程序粘贴在【操作导航器几何】中。（2）双击复制程序，弹出【平面铣】对话框，将【刀具】设置为 D6，【平面直径百分比】为 65【毛坯距离】设置为 0，【每刀深度】设置为 0.1。单击【选择或编辑面几
13、何体】按钮，选择新的切屑区域后退出，如图 42。（3）依次打开【切削参数】、【非切削移动】和【进给与速度】按钮，设置其中参数，如图 43、44、45。（4）在【深度加工轮廓】对话框中单击【生成】按钮，生成刀具路径，如图46。图 40 图43 图 44 图 45 图 46 2.2.7 编写轮廓区域程序 （1）选择【格式】/【图层设置】，弹出对话框，在【名称】列选中 5 和 8复选框，将图层内的片体和曲线特征设置为可选状态后退出。（2）在在【插入】工具条中单击【创建几何体】按钮，弹出【创建几何体】对话框。将【类型】设置为 mill_contour，【几何体子类型】选择 WORKPIECE，【几何体
14、】选择 MCS_MILL，在【名称】文本框中输入“WORKPIECE_1”，单击【确定】按钮，弹出【工件】对话框。（3）在【工件】对话框中单击【选择或编辑部件几何体】按钮，弹出【部件几何体】对话框，选择电极实体和两个片体曲面作为部件几何体后退出；单击【选择或编辑毛坯几何体】按钮，弹出【毛坯几何体】对话框，选择长方体后退出。（4）在【插入】工具条中单击【创建操作】按钮，弹出【创建操作】对话框。将【类型】设置为 mill_contour，【操作子类型】选择 CONTOUR_AREA 按钮，【刀具】选择 R1.5，【几何体】选择 WORKPIECE_1。（5）单击【确定】按钮，弹出【轮廓区域】对话框
15、，单击【选择或编辑切屑区域几何体】按钮，弹出【切削区域】对话框，选择加工区面后退出，如图 47。（6）在【轮廓区域】对话框中选【择驱动方式】为【清根】，单击【编辑按钮】，选择图层 8 曲线后退出。（7）依次打开【切削参数】、【非切削移动】和【进给与速度】按钮，设置其中参数，如图、48、49、50、51。（8）在【轮廓区域】对话框中单击【生成】按钮，生成刀具路径，如图52。图 47 图52 图 48 图 49 图50 图 51 2.2.8 编写清根参考刀具程序 （1）选择【格式】/【图层设置】命令，弹出【图层设置】对话框，在【名称】列若选中 5、8 和 11 复选框，将图层内的特征设置为不可选状
16、态，选中 9 为可选状态，然后退出。（2）在【插入】工具条中单击【创建操作】按钮，弹出【创建操作】对话框。将【类型】设置为 mill_contour，【操作子类型】选择 FLOWCUT_REF_TOOL 按钮，【刀具】选择 R1，【几何体】选择 WORKPIECE_1。（3）单击【确定】按钮,弹出【清根参考刀具】对话框，单击【选择或编辑修剪边界】按钮，弹出【修剪边界】对话框，在【过滤类型】设置为【曲线边界】按钮，【修剪侧】设置为【外部】，再选择封闭曲线后退出，然后继续设置【清根参考刀具】对话框中的参数。如图 52、53。（4）依次打开【切削参数】、【非切削移动】和【进给与速度】按钮，设置其中参
17、数，如图 54、55、56。（5）在【清根参考刀具】对话框中单击【生成】按钮，弹出【手工装配】对话框，在列表框中选择 FlowCut3，单击【切屑】按钮删除以创建的清根接触线，单击平【确定】按钮生成刀具路径，如图 57。图 52 图 53 图 54 图 55 图 56 图 57 2.3 型芯电极零件的后处理与仿真 2.3.1 刀轨模拟仿真与设置 （1）在【操作导航器几何】选择所有程序后右击，在弹出的快捷键菜单中选择【刀轨】/【确认】命令。（2）在弹出的【刀轨可视化】对话框中切换到【2D 动态】选项卡，选中【抑制动画】复选框，单击【前进到下一步】按钮，得到仿真后的结果，单击【确定】按钮退出，如图
18、 58。2.3.2 后处理与生成 NC 代码 （1）在【操作导航器几何】中选择需要进行后处理的程序，右击，在弹出的快捷菜单中选择【后处理】命令，弹出【后处理】对话框，指定后处理文件和输出路径后单击【确定】按钮生成程序的 NC 代码，如图 59。（2）参照上一步方法生成其余的程序加工代码。图 58 图 59 2.4 型芯电极零件加工方案的设计改进 由仿真结果可知，通过加工之后型芯电极零件基本成型，但仍然存在一些问题。例如部分曲面加工不到位，呈现出混色现象，又或者部分曲面或平面的加工并未覆盖得到，同一曲面或平面出现两种不同的粗糙度。根据此现象，我们可在尽可能优化加工程序和缩短加工时间的基础上细化参
19、数，使加工过程中刀具的每一次切削更加细腻，精度更高。同时，在选择修剪边界或加工几何的时候应当对某些细微曲面进行小心合理的处置。设计方案改进后的图形 三、思考题 1、简述 CAM 实现的一般步骤。答：1、获取 CAD 模型；2、加工工艺分析和规划；包括加工对象的确定、加工区域规划、加工工艺路线规划以及加工工艺和加工方式确定。3、CAD 模型完善；（1）坐标系确定。（2）隐藏部分对加工不产生影响的曲面，按曲面的性质进行分色或分层，既直观清晰，又能够通过过滤方式快速选择所需加工对象。（3）修补部分曲面。对于有不加工部位存在造成的曲面空缺部位，应补充完整，如钻孔的曲面，存在狭小的凹槽的部位，应该将这些
20、曲面重新做完整，这样获得的刀具路径规范且安全。（4）增加安全曲面，如边缘曲面进行适当的延长。（5）对轮廓曲线进行修整。对于数据转换获取的数据模型，可能存在看似光滑的曲线岂是也存在着断电，看似一体的曲面在连接处不能相交，通过修整或者创建轮廓线构造出最佳的加工边界曲线。（6）构建刀具路径限制边界。对于规划的加工区域，需要用边界来限制加工范围的，先构建出边界曲线。4、加工参数设置；（1）切削方式设置用于指定刀轨的类型及相关参数。（2）加工对象设置是指用户通过加护手段选择被加工的几何体或其中的加工分区、毛坯、避让区域等。（3）刀具及机械参数设置是针对每一个加工工序选择适合的加工刀具并在CAD/CAM
21、软件中设置相应的机械参数，包括主轴转速、切削进给，切削液控制等。（4）加工程序参数设置包括对进退刀位置及方式、切削用量、行间距、加工余量、安全高度等。这是 CAM 软件爱你参数设置中最主要的一部分内容。5、生成刀具路径；6、刀具路径检验；（1）直接查看（2）手工检查（3）实体模拟切削 7、仿真与后处理；通过仿真操作查看零件是否满足要求，并以规定的标准格式转化为 NC 代码输出保存，这个文件传输到数控机床的控制器上，由控制器按程序语句驱动机床加工。2、平面铣适用于什么形状的零件？答：平面铣的切削运动只是 X 轴和 Y 轴联动，而没有 Z 轴的运动，可加工的形状必须具有如下特点，整个形状由平面和与
22、平面垂直的面构成，。因此，平面铣只能加工与刀轴垂直的直壁平底的工件，且每个切削层的边界完全一致。例如表平面，腔的底平面，腔的垂直侧壁等等。四、附录：零件加工编程的 NC 代码程序（节选首部和尾部）五、设计总结 设计者根据个人具体的设计内容，找出零（部件）中设计的特色点、关键点、重要点、改进点作一些综合性的介绍及描述。并简要说明设计心得与体会。答：（1）对于复杂的曲面加工，我们采用了逐步加工方式，从粗加工到轮廓加工，再到深度加、精加工，圆满完整的加工出型芯电极零件的外观。（2）对于零件关键部位要采用多样化加工，充分满足了零件的工艺需求。例如，型芯电极零件加工便采用了 6 种加工方法，8 道加工工
23、序。对于电极内部曲面，我们用型腔铣加工，轮廓粗加工大致加工出曲面特征，然后再利用轮廓区域加工对曲面进行精加工。对于某些小半径曲面的清角加工不到位，我们还采用清根参考刀具加工进行针对性的精加工。（3）对于同一类型的平面或曲面，由于工艺要求的不同，我们需要分别对待。例如，电极的上半部和下半部，内平面和外平面，我们分别运用深度加工轮廓和平面铣，通过同种加工方式的复制并改变参数，满足了加工零件不同表面的精度要求。（4）在尽可能优化加工程序和缩短加工时间的基础上对加工操作进行细腻的调整，使得加工零件完美无缺。例如，初次完成型芯电极零件，发现竟有些部位无法进行精加工，即加工不到位，致使零件的精度不准。通过对加工程序的重新修正，对切削细量化，使切削更加细腻，最终使得零件表面浑如一体。（5）加工操作前不仅要做加工分析，还要有充分的加工准备。在选择修剪、毛坯，检查边界时要注意依次选择和防止多选少选的情况发生。例如，本例通过设置图层的可见性，方便了加工操作，而当在选择几何体时次序不对或者多选少选，会造成加工失误以及加工无法完成。