數(shù)字化精密制造工程應(yīng)用 課件 項(xiàng)目2 高端工藝品-大力神杯

《數(shù)字化精密制造工程應(yīng)用》，本書緊密對接制造業(yè)的高端化、智能化、綠色化發(fā)展趨勢，全面講授數(shù)字化精密制造技術(shù)及其在SurfMill軟件端的應(yīng)用，內(nèi)容包括產(chǎn)品構(gòu)型、工藝路線制定、加工、在線測量等過程中的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用。項(xiàng)目2高端工藝品-大力神杯項(xiàng)目概述工藝分析編程仿真上機(jī)加工章節(jié)目錄2.1項(xiàng)目背景介紹2.2工藝分析與編程仿真2.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工2.4項(xiàng)目小結(jié)2.1項(xiàng)目背景介紹2.1.1高端工藝品行業(yè)概述1.高端工藝品介紹工藝品是對一組價(jià)值藝術(shù)品的總稱。它包括的種類很多，有漆器、陶器、瓷器、民間工藝、工藝美術(shù)、各類擺件等。高端工藝品是指通過現(xiàn)代制造業(yè)，借助先進(jìn)制造設(shè)備和相關(guān)技術(shù)所完成得各類精美、精巧、富余特色的擺件、模型、手辦、手把件、獎(jiǎng)杯、獎(jiǎng)牌等。2.高端工藝品特點(diǎn)高檔工藝品以產(chǎn)品為導(dǎo)向，通過產(chǎn)品的特性、造型、藝術(shù)價(jià)值等來引導(dǎo)消費(fèi)者購買，要求精致、美觀、超高的技術(shù)制造，還需兼具傳承、創(chuàng)新、收藏與增值屬性。所以，高端工藝品十分考究制造水平。3.高端工藝品行業(yè)的發(fā)展中國的工藝品行業(yè)經(jīng)過近20年的發(fā)展，已成為世界上最大的生產(chǎn)國和出口國。特別在近10年，工藝美術(shù)行業(yè)取得了長足發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的雙豐收。但工藝品行業(yè)在快速發(fā)展的同時(shí)也存在一系列的問題，工藝品相關(guān)企業(yè)大多為私營小企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模較小，小型企業(yè)占整個(gè)行業(yè)的70%以上；行業(yè)專業(yè)人才較少，生產(chǎn)技術(shù)落后；專業(yè)市場管理混亂，缺乏法律法規(guī)的保護(hù)和約束等許多問題亟待解決。針對以上問題，工藝品行業(yè)未來將朝著品牌化、大眾化的方向發(fā)展。2.1項(xiàng)目背景介紹2.1.2大力神杯簡介大力神杯如圖2-1-1所示是現(xiàn)今足球世界杯的獎(jiǎng)杯，是足球界的最高榮譽(yù)的象征。在1970年墨西哥城世界杯，三奪世界杯的巴西隊(duì)永久擁有了“雷米特金杯”后，國際足聯(lián)征求新的世界杯冠軍金杯方案，一共收到了7個(gè)國家的53份方案，最后意大利藝術(shù)家SilvioGazzaniga的作品入選。整個(gè)獎(jiǎng)杯看上去就像兩個(gè)大力士托起了地球，因此也被稱為“大力神金杯”。每年的大力神杯的工藝品都是“搶手貨”（需要經(jīng)國際足聯(lián)授權(quán)），本節(jié)案例主要講解大力神杯的工藝品的五軸一體化加工的工藝制造流程和方法。章節(jié)目錄2.1項(xiàng)目背景介紹2.2工藝分析與編程仿真2.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工2.4項(xiàng)目小結(jié)2.2工藝分析與編程仿真2.2.1產(chǎn)品分析1.特征分析本案例中的大力神杯獎(jiǎng)杯工藝品，如圖2-2-1所示，尺寸規(guī)格為46mm*45mm*120mm，為復(fù)雜的空間曲面造型，但不存在負(fù)角面，也不存在單獨(dú)的復(fù)雜尖角特征，模型整體為光順性起伏結(jié)構(gòu)，且各曲面間過渡光潔平滑。2.毛坯分析毛坯為圓棒料的粗毛坯，其尺寸規(guī)格為φ52mm*125mm，如圖2-2-2所示。3.材料分析本案例中的材料為6061鋁合金。2.2工藝分析與編程仿真4.加工要求分析（1）工件表面無接刀痕。（2）各曲面間過渡光潔平滑、圖案清晰可見。（3）表面粗糙度≤Ra0.5。

5.加工難點(diǎn)分析（1）工件的夾持大力神杯模型是圓柱狀零件，外觀形狀復(fù)雜，很難將工件直接固定在工作臺上。為解決這一問題，設(shè)計(jì)了如圖2-2-3所示的工裝，該工裝采用吊裝方式使工件與毛坯連接。（2）零件的加工由于大力神杯模型外觀較復(fù)雜，因此選用surfMill軟件對它進(jìn)行自動(dòng)編程，這就要解決加工程序的編制問題。同時(shí)，在加工過程中刀具的選擇也很重要，同時(shí)主軸要擺動(dòng)一定角度，因此要避免刀具和工件發(fā)生干涉和過切。再者，由于零件有較多細(xì)小加工部位，需用R1的球刀加工，因球刀直徑較小，必須選擇合理的加工參數(shù)。最后進(jìn)行精加工時(shí)，要選定合適的精加工表面的走刀方式，以保證表面加工質(zhì)量。2.2工藝分析與編程仿真1.選擇加工方式大力神杯外觀具有復(fù)雜的空間曲面造型，且各曲面間過渡光潔平滑，為保證圖案清晰可見、無接刀痕，所以曲面精加工選擇五軸聯(lián)動(dòng)加工方式；開粗時(shí)，為保證加工效率，減少工序流轉(zhuǎn)，降低工裝制作成本，此處開粗選擇五軸定位加工方式，使用分層區(qū)域環(huán)切指令正反加工。2.選擇裝夾方式本節(jié)案例選擇零點(diǎn)快換加持系統(tǒng)配合自治工裝使用，如圖2-2-4和圖2-2-5所示。2.2.2確定加工方案2.2工藝分析與編程仿真3.選擇設(shè)備型號在本案例中，采取五軸精密加工方式，故需選擇五軸設(shè)備。由于工件的表面質(zhì)量要求較高，需選擇精雕全閉環(huán)設(shè)備，選擇JDGR200T（P15SHA）型號機(jī)床進(jìn)行加工，如圖2-2-6所示。4.選擇關(guān)鍵刀具本案例中最小R角為1，故最小需使用φ2的球頭刀進(jìn)行加工。對于一些細(xì)小且凹陷的部位，需考慮球頭刀的有效長度是否合適，是否與工件發(fā)生干涉，及時(shí)調(diào)整刀軸角度，必要時(shí)需使用磨刀機(jī)延長避空長度，如圖2-2-7所示。2.2工藝分析與編程仿真5.工步規(guī)劃工步規(guī)劃流程圖如圖2-2-8所示。在精加工之前，所有工步存在的目的只有一個(gè)：使工件在精加工時(shí)余量是均勻的。6.規(guī)劃工藝表加工前對用刀和切削量進(jìn)行規(guī)劃，下表為工藝表，如表2-2-1所示。2.2工藝分析與編程仿真1.管控方案分析（1）管控關(guān)鍵工步：采取工件余量測量。（2）管控機(jī)床狀態(tài)：采取機(jī)床狀態(tài)檢測。（3）管控刀具狀態(tài)：采用刀具磨損檢測。（4）管控環(huán)境溫度：采用車間溫度監(jiān)測。車間環(huán)境溫度波動(dòng)過大時(shí)，機(jī)床自身的加工狀態(tài)難以維持穩(wěn)定，機(jī)床會產(chǎn)生熱伸長，影響加工精度。因此需要對車間溫度進(jìn)行監(jiān)測，方便對車間環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖2-2-9所示。2.2.3確定過程管控方案2.2工藝分析與編程仿真2.采用關(guān)鍵技術(shù)（1）在機(jī)檢測在工件加工過程中，加工前，需要人工拉表找正位置花費(fèi)大量時(shí)間；加工中，無法及時(shí)預(yù)知刀具和工件狀態(tài)導(dǎo)致工件報(bào)廢；加工后，多環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)易造成工件三傷，排隊(duì)測量易造成機(jī)床停機(jī)，以上現(xiàn)象嚴(yán)重影響了加工過程的順暢性和產(chǎn)品良率，造成企業(yè)績效和盈利能力降低。在機(jī)檢測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)加工生產(chǎn)和品質(zhì)測量的一體化，對減少輔助時(shí)間、提高加工效率、提升加工精度和減少廢品率有重要指導(dǎo)意義。（2）工步設(shè)計(jì)在將毛坯加工為成品的過程中，數(shù)控機(jī)床除了完成切削加工，還完成一些輔助的工作，如在機(jī)測量、刀具壽命管理、安全防呆等。目前，切削加工的NC程序由軟件端自動(dòng)輸出，輔助NC程序由編程人員在設(shè)備端手工編寫，這就導(dǎo)致了軟件端每輸出一個(gè)新的切削NC程序，都需要手工加入輔助NC程序段。SurfMill軟件提供了工步設(shè)計(jì)功能，通過圖形化的方式操作，將輔助指令融入到切削NC程序中，這樣設(shè)備端就無需再修改NC，可直接用于加工；除此之外，工步設(shè)計(jì)還提供了邏輯功能，支持測量后補(bǔ)加工，保證加工連續(xù)性，并且在輸出NC時(shí)，對整個(gè)NC流程進(jìn)行管控，實(shí)現(xiàn)了軟件端的防呆，保證加工過程的安全，在軟件端將加工風(fēng)險(xiǎn)降到最低。2.2工藝分析與編程仿真1.搭建數(shù)字化制造系統(tǒng)（1）導(dǎo)入數(shù)字模型（2）設(shè)置數(shù)字機(jī)床在導(dǎo)航工具條中選擇加工模塊，選擇【項(xiàng)目設(shè)置】菜單欄下的【機(jī)床設(shè)置】指令，設(shè)置機(jī)床參數(shù)。（3）設(shè)置數(shù)字幾何體選擇【項(xiàng)目向?qū)А坎藛螜谙碌摹緞?chuàng)建幾何體】指令，設(shè)置幾何體參數(shù)。如圖2-2-12所示。2.2.4數(shù)字化設(shè)計(jì)與編程2.2工藝分析與編程仿真（4）創(chuàng)建數(shù)字刀具表在【當(dāng)前刀具表】中添加刀具，設(shè)置刀具參數(shù)，如圖2-2-13所示。（5）設(shè)置幾何體安裝選擇【項(xiàng)目設(shè)置】菜單欄下的【幾何體安裝】指令，將創(chuàng)建好的幾何體安裝于JDGR200T（P15SHA）機(jī)床上，如圖2-2-14所示。2.2工藝分析與編程仿真2.編寫數(shù)字化程序（1）粗加工零件為軸類材料，粗加工只需在兩側(cè)面各開粗一半，需要?jiǎng)?chuàng)建前視圖與后視圖2個(gè)坐標(biāo)系，使用五軸定位加工方式中的分層區(qū)域粗加工進(jìn)行零件的粗加工，通過分析模型以及圖紙使用分層開粗進(jìn)行粗加工，選擇牛鼻10的刀具進(jìn)行加工，設(shè)置路徑間距為5mm，吃刀深度為0.5mm，主軸轉(zhuǎn)速為8000rpm，進(jìn)給速度為3000mm/min。如圖2-2-15所示。（2）導(dǎo)動(dòng)面精加工由于大力神杯的曲面較為復(fù)雜，且表面粗糙度要求很高，故選用五軸聯(lián)動(dòng)加工方式中的曲面投影加工指令進(jìn)行零件的曲面加工。具體操作步驟如下：2.2工藝分析與編程仿真1）建立導(dǎo)動(dòng)面大力神杯通體為圓柱體，根據(jù)導(dǎo)動(dòng)面建立原則，保證建立的導(dǎo)動(dòng)面簡單，單一且與零件外形相符等要求，如圖2-2-16所示。2）選擇曲面投影指令，如圖2-2-17所示。3）選擇加工面，導(dǎo)動(dòng)面，設(shè)置加工余量，加工余量為0.05mm，如圖2-2-18所示。2.2工藝分析與編程仿真4）選擇加工刀具，設(shè)置走刀速度，主軸轉(zhuǎn)速為9000rpm，進(jìn)給速度為2000mm/min，如圖2-2-19所示。5）選擇走刀方式，改為螺旋，如圖2-2-20所示。6）刀軸控制，如圖2-2-21所示。2.2工藝分析與編程仿真7）修改進(jìn)給，半精加工路徑間距0.2，精加工路徑間距0.1，如圖2-2-22所示。8）計(jì)算刀路，如圖2-2-23所示。2.2工藝分析與編程仿真3.仿真驗(yàn)證（1）線框模擬加工環(huán)境下，選擇【線框模擬】命令，選擇所有加工路徑，以線框方式模擬加工過程，如圖2-2-24所示。（2）實(shí)體模擬在加工環(huán)境下，選擇【實(shí)體模擬】命令，選擇所有路徑，模擬刀具切削材料的方式模擬加工過程。過程中編程人員檢查路徑是否合理，是否存在安全隱患，如圖2-2-25所示。2.2工藝分析與編程仿真（3）過切檢查在加工環(huán)境下，選擇【過切檢查】命令，檢查路徑是否存在過切現(xiàn)象，如圖2-2-26所示。（4）碰撞檢查與過切檢查操作類似，在加工環(huán)境下，選擇【碰撞檢查】命令，選擇，檢查所有加工路徑的刀具、刀柄等在加工過程中是否與檢查模型發(fā)生碰撞，保證加工過程的安全，并在彈出的檢查結(jié)果中給出不發(fā)生碰撞的最短夾刀長度，最優(yōu)化備刀，如圖2-2-27所示。2.2工藝分析與編程仿真（5）機(jī)床模擬在加工環(huán)境下，選擇【機(jī)床模擬】命令，檢查運(yùn)行所有路徑時(shí)，機(jī)床各部件與工件夾具之間是否存在干涉和各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸是否有超程現(xiàn)象，如圖2-2-28所示。當(dāng)路徑的過切檢查、碰撞檢查和機(jī)床仿真都完成并正確時(shí)，導(dǎo)航工作條中路的徑安全狀態(tài)顯示為綠色。（6）輸出刀具路徑加工環(huán)境下，選擇【輸出路徑】命令，檢查需輸出的路徑?jīng)]有疏漏，輸出格式選擇JD650NC（AsEng650）格式，選擇輸出文件的名稱和地址，輸出所有路徑，如圖2-2-29所示。章節(jié)目錄2.1項(xiàng)目背景介紹2.2工藝分析與編程仿真2.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工2.4項(xiàng)目小結(jié)2.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工2.3.1加工準(zhǔn)備1.毛坯準(zhǔn)備毛坯材料是否為6061鋁合金2.夾具準(zhǔn)備（1）夾具規(guī)格對照工藝單，選擇對應(yīng)的夾具進(jìn)行裝夾。本章案例選用零件快換夾持系統(tǒng)配合吊裝板進(jìn)行裝夾。（2）夾具狀態(tài)檢查快換有無破損，自制工裝有無損壞等，確定其能否滿足加工要求的夾具狀態(tài)，如圖2-3-1所示。3.機(jī)床檢查（1）切削液濃度檢查使用折光儀檢測切削液濃度是否在5%—8%之間，折光儀，如圖2-3-2所示。2.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工（2）水箱液位檢查觀察液位計(jì)示數(shù)，一般保證液位處于7~8格之間即可，液位計(jì)如圖2-3-3所示。（3）排屑器濾網(wǎng)檢查觀察刮板排屑器濾網(wǎng)是否發(fā)生堵塞，如若發(fā)生堵塞，需進(jìn)行清理或更換，排屑器濾網(wǎng)如圖2-3-4所示。（4）制冷機(jī)液位檢查觀察主軸制冷機(jī)液位計(jì)，確保液位處于70~80之間即可，主軸制冷機(jī)液位，如圖2-3-5所示。2.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工（5）潤滑油箱液位檢查觀察潤滑泵油箱液位計(jì)，保證液位處于7~8格即可，潤滑泵油箱液位，如圖2-3-6所示。（6）集屑車檢查清理集屑車內(nèi)廢屑，確保集屑車有足夠的空間放置后續(xù)加工產(chǎn)生的廢屑。保證集屑車內(nèi)廢屑與加工材料一致，集屑車，如圖2-3-7所示。（7）機(jī)床加工區(qū)域檢查，如圖2-3-8所示。檢查機(jī)床加工區(qū)域內(nèi)是否存留廢屑，保證在后續(xù)加工前機(jī)床加工區(qū)域的干凈整潔，機(jī)床加工區(qū)域。2.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工4.刀具準(zhǔn)備（1）刀具規(guī)格檢查根據(jù)工藝單，檢查本章案例加工中所需刀具規(guī)格，本章案例刀具規(guī)格，如圖2-3-9所示。（2）刀具狀態(tài)檢查刀具刀刃處是否存在磨損或破損，檢查刀具是否加工鋁合金專用刀具，刀具情況，如圖2-3-10所示。2.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工（3）裝刀長度檢查對照工藝單中的建議裝夾長度，使用直尺或者卡尺等量具測量刀具實(shí)際裝夾長度，觀察其是否滿足加工要求，檢查過程，如圖2-3-11所示。5.環(huán)境準(zhǔn)備（1）檢查車間溫度采用溫度計(jì)檢測車間溫度波動(dòng)，加工過程中的環(huán)境溫度盡量處于20±1.0℃（24h），機(jī)床安裝需避免在陽光直射或者熱源附近位置。（2）調(diào)整車間溫度通過中央空調(diào)調(diào)節(jié)車間溫度，使車間溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。2.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工1.加工前準(zhǔn)備（1）開啟機(jī)床（2）標(biāo)定激光對刀儀與接觸式對刀儀（3）確定初始工件加工坐標(biāo)系（4）測頭標(biāo)定及校驗(yàn)軸心1）測頭安裝2）標(biāo)定前暖機(jī)3）標(biāo)定測頭4）校驗(yàn)軸心（5）裝刀及刀跳管控（6）安裝夾具與毛坯（7）程序暖機(jī)2.3.2上機(jī)加工（8）校驗(yàn)加工坐標(biāo)系（9）校驗(yàn)刀長2.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工2.調(diào)入程序?qū)隢C程序，對照工藝單，檢查并修改刀具編號、刀長補(bǔ)償編號和加工坐標(biāo)系等參數(shù)，點(diǎn)擊【CF7編譯】對程序進(jìn)行編譯，檢查程序中是否存在錯(cuò)誤，如程序出現(xiàn)編輯錯(cuò)誤，進(jìn)行【編譯】時(shí)將會出現(xiàn)提示。3.試切及自動(dòng)運(yùn)行（1）工件試切加工選擇程序運(yùn)行按鍵和手輪試切按鍵，點(diǎn)擊程序啟動(dòng)，關(guān)閉自動(dòng)冷卻功能。通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪進(jìn)行試切。觀察對比當(dāng)前刀具與工件的位置和絕對坐標(biāo)與剩余量對應(yīng)坐標(biāo)值之和的差別，另外，觀察刀具下刀位置，若無明顯差別，則可判斷加工程序正常。（2）工件自動(dòng)加工開啟主軸噴淋功能，開啟自動(dòng)冷卻功能，關(guān)閉手輪試切按鈕，程序自動(dòng)運(yùn)行。（3）成品檢驗(yàn)使用氣槍將工件清潔干凈，調(diào)出測量程序，運(yùn)行測量程序，得到測量結(jié)果。若測量結(jié)果合格，則直接可以下機(jī)，若測量結(jié)果不合格，則需視情