基于Powermill的大力神杯零件数控编程与仿真

0 引言

    在玩具制造业中，经常会加工各种工艺品的模型。这些工艺品一般由形状复杂的曲面构成，加工难度大、加工精度高，通常需要使用CAD/CAM软件编写加工刀路。再将刀路文件后置处理成机床能识别的NC代码传输到多轴机床上加工。这里说的多轴机床是指4轴以上的数控机床，其中具有代表性的是5轴数控机床。将工件一次装夹就可完成多项复杂的加工，它不但可以加工形状复杂的三维曲面，而且刀轴的摆角可调，可以避免加工中刀具的过切、欠切和干涉。5轴机床大大减少了专用工装夹具的使用，减少了加工准备时间，提高了加工精度和生产效率，缩短新产品研发周期。目前，市场上的5轴机床种类很多，但在定义机床的旋转轴时，通常定义A轴为绕X轴旋转的轴；B轴为绕Y轴旋转的轴；C轴为绕Z轴旋转的轴，同时按笛卡尔原则规定逆时针方向旋转为旋转正方向，常见5轴机床的类型坐标轴如图1所示。

图1 常见五轴机床的类型

1 Powermill软件简介

    在多轴加工中，常用的CAM编程软件有NX、Powermill、Hypermill、CAXA制造工程师、Mastercam X等。其中英国Delcam公司推出的Powermill软件是具有代表性的软件，目前，最新的版本是PowerMILL 2015。该软件广泛应用于航空航天、汽车、船舶和模具制造、制鞋等行业。

2 “大力神杯”零件数控加工工艺分析

    2.1 毛坯及装夹方案

    如图2所示的大力神杯零件，整个外形成倒扣状，外表面为不规则曲面。是较为典型的多轴加工零件。由模型分析可知：模型总高度为180mm，底座最大处直径为84mm；零件表面多为回转倒扣曲面，曲面陡峭；模型表面刻有两个形象的大力士托起一个浮雕图案的地球；零件构成的图素相当精致和逼真，尺寸精度和表面粗糙度要求较高。为保证加工余量及装夹，设定毛坯尺寸为φ85mm×200mm，材料为6061铝合金实心圆棒料，直接用五轴机床粗加工时去除余量较大，加工时间较长。为减少在5轴联动数控机床的开粗加工时间，可以先把毛坯料用车床切削去除尽可能多的余料，如图3所示。装夹方案采用三爪自定心卡盘装夹，如图4所示。

图2 大力神杯模型

图3 车削后的毛坯

图4 三爪自定心卡盘装夹

    2.2 加工最小刀具的选择

    在数控铣床/力口工中心上使用的刀具主要有立（端）铣刀、面铣刀、球头刀、鼓形刀和锥形刀等。选择刀具时，首先根据加工内容和零件轮廓外形确定刀具类型，再根据加工部分圆角或拐角大小选择刀具大小。对于形状复杂的零件，通过Powermill软件的模型显示选项功能分析可知，刀具半径为1mm时，基本能加工到所有局部特征，如图5所示。因此，在选择刀具时，最小的精加工刀具应选择R1的球头铣刀。