PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用

隨著中國汽車工業的蓬勃發展,輪胎作為其中的一項重要環節,其地位受到了前所未有的重視;另一方面,在輪胎的制造過程中,無論是造型設計計算機化,還是新型復合材料及納米技術的引進,都使得輪胎工業發生了巨大的變革。在現階段,輪胎模具加工企業只有不到1%的廠家使用4-5軸的加工中心,加上操作水平和對軟硬件的認知度有限,遠沒有將效益發揮出來。在輪胎模具加工中,花紋的尺寸和形狀直接影響輪胎的工作性能,不僅能改善車輛行駛中與不同路面的接觸特性,而且是車輛高速行駛的一項重要安全指標;中國正在全面發展高速公路,對輪胎也就提出了更高的技術要求。所以國產輪胎模具如果不能突破由此造成的瓶頸,就很難適應市場的需要,勢必被市場淘汰。為了滿足模具行業加工需求的不斷發展和變化, DMG公司設計推出了很多類型的五軸機床。
一.五軸加工的主要優點是其能夠通過一次裝夾加工復雜的形狀。與多次裝夾相比,五軸加工能夠在很大程度上減少加工時間和 夾具數量,提高生產效率。而且,多次裝夾過程中極易在拆裝工件時產生裝夾誤差。如圖1所示:

PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖1

另外,五軸加工一個重要的優點是其能夠用較短的刀具進行加工,這是因為加工時擺頭/轉臺可以縮短刀具和工件的距離且刀具可以基于工件面移動。如此則無需加載更大的力給刀具就能達到更高的切削速度,提高刀具壽命、減少刀具磨損。
與三軸加工相比,五軸加工允許使用較短的刀具,在加工深孔或深腔時能夠減少刀具的振動。這會提高加工精度,甚至減少人工拋光的時間成本。幾乎沒有特殊刀具的使用,簡化了刀具的應用,減少了刀具的成本。如圖2所示:

PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖2

使用五軸加工可以在立體毛坯上加工特別復雜的曲面,無需使用特別鑄造過的毛坯。對樣件或小批量加工,這樣的方式會更加快速、經濟。無需2個月或更長的時間來進行鑄造和加工,只用1到2周便可完成。如圖3所示:

PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖3

使用五軸加工可以節省大量的鉆孔時間。相比加工復雜孔和型腔而言,鉆孔看似細小,實際上,鉆大量的斜孔會浪費大量的時間。如果使用三軸機床進行鉆斜孔,必須為每一個孔做不同的工裝。采用五軸加工,擺頭/轉臺會準確的使刀具沿著每個斜孔的軸向更快完成鉆孔操作。如圖4:

PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖4

二.多數實用五軸機床是由三個直線坐標軸XYZ和二個回轉軸BC或AC或AB組成的。下面我將簡單介紹五軸加工的概況。
1,五軸加工總的來說分為五面加工、五軸定位加工和五軸同步輪廓加工。如圖5所示:

PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖5

A.五面加工:
PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖6依照立方體法則,工件加工位置處于各基準面上,使它在一個工序里完成其五面的加工
B.五軸定位加工(3+2軸定位加工)
PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖7這是運用五面加工,多角度特點和工作部件平面的組合. 兩組平臺旋轉,軸只利用于定位工件的位置。主軸是永遠垂直來處理須要的應用 - 鉆或銑
C.五軸同步輪廓加工:
PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖8刀尖跟隨,此加工技術運用于須要五軸同時運動的加工組件。
2.五軸加工的市場份額,如圖6所示:

PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖9

實際上,五軸加工在大批量生產中的應用日益增多, 有些是零件的某些部位確實需要五軸聯動加工,而有些零件的加工完全不需要五軸聯動。這種應用的增多是因為零件越來越復雜和零件精度要求越來越高。
輪胎加工不同于常規工藝,需要分割成不同比例的段,這些段中含有不同形狀的步距.只有采用 CAD/ CAM技術,才能提高模具質量和縮短加工周期。無疑,PowerMILL完全具備滿足以上所提到的種種要求。
本文主要討論運用PowerMILL軟件,結合輪胎模具的加工工藝特點,編制出合理有效的輪胎模具花紋的數控加工程序在DMG的HSC75linear上實現高速切削。
一、PowerMILL加工輪胎花紋的數控編程
1. 三維模型的分析
A, 首先,先導入三維模型,仔細分析并且測量圖檔,確定方便快捷的裝夾方式,由此可以確定輪胎模具的尺寸并且創建工作坐標系,如圖7所示。Powermill提供強大的坐標系創建功能,按照加工的區域而異創建坐標系以滿足加工需求。根據三維模型的形狀和尺寸,選擇使用人性化控制系統HEIDENHAIN i TNC530和具備高扭距高進給(所有軸都采用直線電機驅動)的DMG HSC75 linear 5 Axis 上加工此輪胎模具。以下是HSC75linear的技術參數和機床圖片:

PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖10

PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖11

主要特點 Highlights:
所有軸都采用直線電機
標準配置配有18,000rpm的主軸電機和提升式排削器
兩扇大型艙門提供了卓越的可操作性
良好的排屑性能
配置旋轉工作臺和擺動頭可實現5軸加工
B. 坐標系創建在毛坯的上表面正中心位置。

PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖12

C. 刀具的選擇,通過仔細的分析,創建符合加工要求的刀具。可通過powermill特有的功能偵測三維模型的的最小半徑,以方便確定最小刀具的使用,如圖8所示。

PowerMILL在五軸機床上輪胎模具中的應用的圖13

按照三維模型選擇盤形銑刀、平底端銑刀、刀尖圓角端銑刀、球頭銑刀。
盤形銑刀主要用于切削毛坯開粗加工和兩個傾斜端面的粗加工。選用Φ40R5、Φ20R3。
刀尖圓角端銑刀主要用于花紋塊型腔的開粗加工、型腔底面的清根精加工等,選用Φ10R0.5、Φ6R0.5、Φ8R0.5。
平底端銑刀主要用于直紋弧面精加工和底面清角,選用Φ16、Φ3。
球頭銑刀主要用于各型面的精加工、局部清根加工等,選用Φ6R3、Φ3R1.5、Φ1.5R0.75、Φ1R0.5。
3. 工藝工步的編輯
在工藝編輯的過程中,根據已經確定好的裝夾方式及選用的刀具來安排加工順序,定義加工范圍、刀具路徑參數和機械參數(如轉速、進給量、
……
……
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